WO2020064244A1 - Method and device for determining the fill level and/or the quality of a fluid in a fluid container - Google Patents

Method and device for determining the fill level and/or the quality of a fluid in a fluid container Download PDF

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WO2020064244A1
WO2020064244A1 PCT/EP2019/072838 EP2019072838W WO2020064244A1 WO 2020064244 A1 WO2020064244 A1 WO 2020064244A1 EP 2019072838 W EP2019072838 W EP 2019072838W WO 2020064244 A1 WO2020064244 A1 WO 2020064244A1
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sound
fluid
sound signal
unit
fluid container
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Application number
PCT/EP2019/072838
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Inventor
Karl-Friedrich Pfeiffer
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Vitesco Technologies Germany Gmbh
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    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
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    • G—PHYSICS
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    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2968—Transducers specially adapted for acoustic level indicators

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining the fill level and / or the quality of a fluid, such as a urea solution, in a fluid container, in particular in a fluid container of a vehicle.
  • An acoustic measuring device can be used, for example, to determine the fill level and / or the quality of a fluid.
  • a sound transducer of the acoustic measuring device can work both as a sound generator and as a sound receiver.
  • To determine the fill level of the fluid in the fluid container for example sound pulses, in particular ultrasound pulses, can be emitted into the fluid to be measured by means of the sound transducer.
  • the sound pulses can be reflected by an interface between the fluid and another medium, such as the air above it.
  • Conclusions about the level of the fluid in the fluid container can then be drawn from the transit time of the sound pulses.
  • sound signals can be emitted by means of the same or a separately provided sound transducer in the direction of a reference reflector arranged in the fluid to determine a speed of sound in the fluid.
  • This Schallge speed can then be used, among other things, to determine the quality of the fluid in the fluid container.
  • the sound pulses can not only be at the interface between the fluid to be measured and the air above it are reflected, but also at other interfaces where the acoustic properties change. If the sound pulses were reflected at such interfaces, the runtime would also change. However, if one would infer the level and / or the quality of the fluid from this changed running time, the measurement would be incorrect or even unusable.
  • acoustic coupling layer between the fluid container and the acoustic measuring device, which serves to acoustically couple the acoustic measuring device to the fluid container. Since the transit time of the sound pulse also depends on the thickness of the coupling layer, changes in the thickness of the coupling layer also affect the transit time of the sound signals. These changes can also lead to incorrect or unusable measurement results.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for operating a fluid sensor device for determining the fill level and / or the quality of a fluid in a fluid container, with which the determination of the fill level and / or the quality of the fluid is less prone to errors and the Fluid sensor device can thus be operated more reliably and accurately. Furthermore, it is the object of the present invention to provide a fluid sensor device for determining the fill level and / or the quality of the fluid, which can be operated by means of such a method.
  • a method for operating a fluid sensor device for determining the fill level and / or the quality of a fluid in a fluid container has a sound transducer unit with a plurality of sound transducer modules and a sound coupling unit arranged between the sound transducer unit and the fluid container.
  • the sound coupling unit is designed to acoustically couple the sound transducer unit to the fluid container.
  • the method according to the invention comprises the following steps: controlling each of the sound transducer modules in such a way that they each transmit a sound signal along a respective sound signal path through the sound coupling unit and the fluid container into the fluid, receiving a sound signal in response to that emitted by the respective sound transducer module
  • Sound signal evaluating at least one of the received sound signals as to whether there is an inhomogeneity in the sound coupling path and / or in the fluid container in the sound signal path of the respective sound transducer module, and actuating the sound transducer unit in such a way that when determining the fill level and or the quality of the fluid the the
  • the term “inhomogeneity” denotes an inhomogeneity of the sound transmission in the respective sound signal path of the respective sound transducer module.
  • the inhomogeneity in the sound transmission can be present, for example, in the form of a defect, for example in the form of a blow hole or an air bubble that is located in the Sound coupling unit and / or the fluid container and / or between the Schallkop pelaji and the fluid container or the sound transducer unit located.
  • the inhomogeneity in the sound transmission can also be in the form of an uneven thickness of Schallkop pelaji and / or fluid container.
  • An inhomogeneity in the form of an interfering point means that the sound signal is at least partially already reflected at the interfering point and not at the interface between the fluid to be measured and the medium above it (in particular air). This "premature" reflection of the emitted sound signal leads to a reduction in the transit time of the sound signal, which leads to a falsified or, in the worst case, unusable measurement result.
  • An inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit and / or the fluid container means that a sound signal that passes through the sound coupling unit and the fluid container at a thin point has a shorter transit time than a sound signal that the sound coupling unit and the Fluid containers of a thick point runs through.
  • the invention is therefore based on the idea that in the case of such inhomogeneities in the form of a fault point and / or an uneven thickness of the sound coupling unit and / or fluid container, the sound transducer unit is controlled in such a way that the inhomogeneity present in the sound signal path is compensated for.
  • the term “compensate” denotes compensation or consideration of the inhomogeneity in the respective sound signal path in such a way that according to the Compensation for the inhomogeneity which is no longer present in the measurement signal or is at least largely compensated for.
  • the compensation can, however, also take place in that the sound transducer modules of the sound transducer unit are actuated with a time shift, specifically in such a way that time differences between the sound signals of the respective sound transducer modules are taken into account.
  • the sound transducer modules are shifted in time controlled that a (to a good approximation) flat sound wave enters the fluid again, a deformation of the sound wave can be compensated for and the measurement result can be improved.
  • Sound coupling unit and / or fluid container is present. If it was then determined that such an inhomogeneity is present, the sound transducer unit can be controlled in such a way that the inhomogeneity is compensated or compensated for in the following measurement mode.
  • the test mode of the fluid sensor device can, for example, already take place after the production of the fluid sensor device. So even before it is finally installed in the vehicle or the like and possibly filled with the fluid. If an inhomogeneity is then determined in the test mode, with According to the method according to the invention, the sound converter unit is controlled in such a way that this inhomogeneity is compensated for or taken into account. As soon as the compensation has taken place, the fluid sensor device can then be installed, for example, in the vehicle and operated in the subsequent measurement mode.
  • the method according to the invention thus ensures that the compensation of the inhomogeneities that may already occur during production in the sound signal path of the respective sound transducer module creates a reliable and more precise fluid sensor device. As a result, in particular the reject rate of faulty fluid sensor devices can be reduced and the reliability of the fluid sensor devices can be increased.
  • the step of evaluating at least one of the received sound signals to determine whether there is an inhomogeneity in the sound coupling module and / or in the fluid container in the sound signal path of the respective sound transducer module further comprises the following steps: at least one sound signal, comparing the determined transit time with a predetermined reference transit time of a reference sound signal and determining that there is an inhomogeneity in the form of an impurity in the sound signal path, in that the determined transit time is at least a predetermined transit time threshold value less than the predetermined reference transit time .
  • the reference runtime can, for example, already be stored in the system and determined by measurements or models.
  • an inhomogeneity in the form of an impurity can thus be determined by a simple comparison between the determined transit time and a predetermined (known) reference transit time.
  • the reference runtime corresponds to a runtime that the reference sound signal requires if the respective sound signal path is free of interference.
  • the reference running time is the running time that the reference sound signal requires if the respective sound signal path is free of defects and the fluid container has no fluid. In this case, the emitted sound signal would be reflected at the interface between the fluid container and the air above it. It is particularly advantageous when using an empty fluid container that no additional fluids such as test fluids or the like are required in the test mode of the fluid sensor device in order to determine an inhomogeneity.
  • Sound transducer unit in such a way that the inhomogeneity present in the sound signal path is compensated, further the step: actuating only those sound transducer modules of the sound transducer unit whose sound signal paths are free of inhomogeneities. If an inhomogeneity in the form of a fault in the respective sound signal path of the respective sound transducer module has been determined as described above, this inhomogeneity can be compensated very simply by not actuating (or masking or.) Those sound transducer modules that have an inhomogeneity in the sound signal path are blocked) and only those transducer modules are controlled whose sound signal paths have no inhomogeneity. This prevents
  • the step of evaluating at least one of the received sound signals to determine whether there is an inhomogeneity in the sound coupling module and / or in the fluid container in the sound signal path of the respective sound transducer module further comprises the following steps: determining a first runtime one of one (first sound transducer module) of the plurality of sound transducer modules, determining a second transit time of a sound signal sent by another (or second transducer module) of the plurality of transducer modules, determining a transit time difference between the first transit time and the second transit time, and determining that there is an inhomogeneity in the form of an uneven (or not constant) thickness of the Schallkop pelaji and / or the fluid container, in that the determined transit time difference is greater than a predetermined runtime difference threshold.
  • Sound signals determined which are then used as the basis for determining an inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit and / or fluid container. If the determined transit time difference is greater than the predetermined transit time difference threshold value, this shows that the two compared sound signals have passed the sound signal path of different lengths and therefore the sound coupler unit and / or the fluid container have a different thickness at these two points.
  • the step of actuating the sound converter unit in such a way that the inhomogeneity present in the sound signal path is compensated for therefore furthermore the step: temporally shifted (or time-delayed or time-shifted) actuation of the sound transducer modules of the sound transducer unit in such a way that the determined transit time difference is taken into account.
  • the sound transducer modules are actuated so that they are shifted in time in such a way that a (to a good approximation) flat sound wave is generated in the fluid and a deformation of the sound wave is compensated for.
  • the sound transducer modules are controlled selectively.
  • not all transducer modules of the transducer unit are controlled, but only certain transducer modules.
  • initially only those sound transducer modules are controlled which are assumed to be inhomogeneous in the respective sound signal path. So it may be that you have knowledge of the locations of the sound coupling unit and / or the fluid container that are increasingly causing defects or other inhomogeneities. If you have this knowledge, you can first selectively control only those transducer modules whose sound signal paths are in the area of these locations.
  • Sound transducer modules are masked, the sound signal paths of which have an interference point. Subsequently, the (remaining) sound signals can be evaluated with a view to a different thickness of the sound coupling unit and / or fluid container, the (remaining) sound transducer modules then being shifted in time to a level
  • a fluid sensor device for determining the
  • the fluid sensor device comprises a sound transducer unit, which has several
  • the fluid sensor device further includes one between the
  • Sound coupling unit which is designed to acoustically couple the sound transducer unit to the fluid container, and a control unit for controlling the sound transducer unit, wherein the control unit is designed to carry out the method according to the first aspect and refinements thereof.
  • the fluid sensor device according to the invention is a capacitive micromechanical ultrasonic transducer unit (CMUT) having at least two transducer modules or a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer unit (PMUT) having at least two transducer modules.
  • CMUT capacitive micromechanical ultrasonic transducer unit
  • PMUT piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer unit
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a fluid sensor device according to the invention with a plurality of sound transducer modules, an inhomogeneity in the form of a fault location being present in one sound signal path from one of the sound transducer modules,
  • FIG. 2 shows a schematic view of a sound signal in which there is an inhomogeneity in the form of an impurity in the associated sound signal path
  • FIG. 3 shows a schematic view of a further embodiment of a fluid sensor device according to the invention with a plurality of sound transducer modules, a sound coupling unit of the fluid sensor device having an uneven thickness,
  • Runtimes have a runtime difference due to the uneven thickness of the sound coupling unit
  • 5 shows an embodiment of a method according to the invention, with which an inhomogeneity in the form of an impurity is compensated
  • 6 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a fluid sensor device 10 for determining the fill level and / or the quality of a fluid.
  • the fluid can be, for example, a liquid medium for reducing pollutants in exhaust gases, which, for example, has a reducing agent and / or a reducing agent precursor, such as an aqueous urea solution.
  • the fluid can also be an oil, such as a transmission oil for a transmission of a vehicle or the like.
  • the fluid sensor device 10 comprises a fluid container 12 for receiving the fluid, a sensor housing 14 and a sound transducer unit 16 which is arranged on the sensor housing 14.
  • the sound transducer unit 16 comprises a plurality of sound transducer modules arranged next to one another in a matrix.
  • the sound transducer unit 16 has six sound transducer modules (1 to 6) arranged next to one another in a first direction.
  • the sound converter unit 16 has further sound converter modules (not shown) arranged next to one another in a second direction, which is arranged at an angle, for example 90 °, to the first direction.
  • any other arrangement forms of the plurality of sound transducer modules are also conceivable, for example a circular arrangement or an unsorted arrangement.
  • the sound transducer unit 16 can be a capacitive, for example micromechanical ultrasonic transducer unit (CMUT) or a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer unit (PMUT).
  • CMUT micromechanical ultrasonic transducer unit
  • PMUT piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer unit
  • Each sound transducer module 1 to 6 of the sound transducer unit 16 is designed to emit a sound signal along a sound signal path into the fluid and to receive a sound signal in response to the sound signal emitted.
  • the sound signal path of the sound transducer module 2 is designated by the reference symbol 20 and the sound signal path of the sound transducer module 4 is identified by the reference symbol 40.
  • the fluid sensor device 10 further comprises a control unit 18 with which the sound transducer unit 16 and in particular each of the sound transducer modules 1 to 6 are controlled accordingly.
  • the control unit 18 can control the sound transducer modules 1 to 6 in such a way that a superimposed sound signal is transmitted and received again, the superimposed sound signal being superimposed on the respective one
  • Sound signals of the respective transducer modules 1 to 6 results.
  • the control unit 18 controls the sound transducer modules 1 to 6 in such a way that a (to a good approximation) flat sound wave results in the fluid to be measured or is received by the sound transducer unit 16.
  • the sound coupling unit 19 can be a gel layer, for example, which creates an acoustic coupling between the sound transducer unit 16, the sensor housing 14 and the fluid container 12.
  • the sound coupling unit 19 can furthermore have an adhesive layer with which, for example, the sound transducer unit 16 and the sensor housing 14 can be attached to the fluid container 12.
  • the sound coupling unit can also consist of an elastic material, for example rubber.
  • the control unit 18, the sound converter unit 16, the sensor housing 14, the sound coupling unit 19 and the fluid container 12 form a unit which, for example, is installed in a vehicle after its manufacture.
  • each fluid sensor device 10 has a sensor housing 14.
  • the sound converter unit 16 can be connected directly to the
  • the sound coupling unit 19 is often not optically accessible, so that imperfections such as voids or air bubbles in the sound coupling unit 19 are not readily visible.
  • the sound coupling unit 19 has a fault point, which is designated by the reference symbol 30.
  • the fault point 30 can be, for example, a blow hole or an air bubble in the sound coupling unit 19.
  • the fault point 30 may, for example, have arisen due to production.
  • the sturgeon 30 has in particular the property that it has a changed acoustic sound property compared to the sound coupling unit 19.
  • This changed acoustic sound properties leads, among other things, to the fact that the sound signal 42 emitted by the sound transducer module 4 is not transmitted by the fault location 30, but is essentially reflected at the fault location 30, so that the sound transducer module 4 in response to the sound signal 42 emitted
  • Sound signal 44 receives. Since the interference point 30 reflects the emitted sound signal 42 and essentially does not transmit it, the sound signal path 40 of the sound transducer module 4 consequently has an inhomogeneity in the sound transmission. In contrast, the sound signal path 20, for example, has no defect and thus no inhomogeneity.
  • FIG. 2 shows a schematic view of the sound signal 46 received by the sound transducer module 4.
  • the sound signal 46 has, due to the "premature" reflection of the emitted sound signal 42 at the interference point 30, a transit time tl that is less than a predetermined reference transit time tmin.
  • the predetermined reference transit time tmin corresponds to the transit time of a reference sound signal in its sound signal path there is no fault point 30.
  • the predetermined reference running time tmin corresponds to a running time that the sound signal of the sound converter module 4 would have if the fault point 30 were not present in the sound signal path 40.
  • the transmitted sound signal 42 would not be at the fault point 30 but are reflected on the fluid-side surface of the fluid container 12, as in the case of the sound transducer module 2, for example.
  • the presence of the fault point 30 in the sound signal path 40 of the sound transducer module 4 thus represents an inhomogeneity in the sound transmission, which leads to the sound signal 46 of the sound transducer module 4 having a running time tl that is shorter than the predetermined reference running time tmin and thus a running time difference At from the reference running time tmin.
  • the fault point 30 does not necessarily have to be present in the sound coupling unit 19.
  • Sound coupling unit 19 and fluid container 12 may be present. If these defects are also in one of the sound signal paths of the respective transducer modules, these defects are also inhomogeneities in the sound transmission. This means that these defects would also lead to a “premature” reflection and thus to a transit time difference At compared to a predetermined reference transit time tmin.
  • FIG. 3 shows the fluid sensor device 10.
  • the sound coupling unit 19 of the fluid sensor device of FIG. 3 has an uneven thickness. This is shown by way of example with the thicknesses d1, d2 and d3.
  • the uneven thickness can be production-related, for example.
  • the sound signals emitted or received by the sound transducer module 2 are again identified by the reference symbols 22 and 24, and the sound signals transmitted or received by the sound transducer module 4 are identified by the reference symbols 42 and 44. Furthermore, the sound signal paths belonging to the sound signals 22, 24 and 42, 44 are again designated by the reference numerals 20 and 40.
  • the sound signal 46 of the sound transducer module 4 has a running time t2.
  • the sound signal 26 of the sound converter module 2 has a longer running time t3, so that there is a transit time difference Dt2 between the two sound signals 26, 46.
  • the transit time difference Dt2 of the two sound signals 26, 46 arises from the fact that the acoustic sound properties of the sound coupling unit 19 are different from those of the fluid container 12. This causes the sound in the
  • Sound coupling unit 19 has a different propagation speed than the sound in the fluid container 12.
  • the propagation speed of the sound in the sound coupling unit 19 may be lower than the speed of the sound propagation in the fluid container 12. Since the thickness d2 of the sound coupling unit 19 in the sound signal path 40 of the sound transducer module 4 is smaller than the thickness dl of the sound coupler unit 19 in the sound signal path 20 of the sound transducer module 2, the sound in the sound signal path 40 can, for example, propagate overall faster than the sound in the sound signal path 20. This leads to the sound signal 46 of the sound transducer module 4 being temporally occurs before the sound signal 26 of the sound converter module 2.
  • the different thickness of the sound coupling unit along the sound signal paths 20 and 40 also means that, for example, the sound signal 42 emitted would enter the fluid "earlier", ie earlier than the sound signal 22 Sound transducer modules 2 and 4 would emit a flat but a deformed sound wave in the fluid, and this deformed sound wave would then also be received by the sound transducer unit 16 as a deformed superimposed sound signal by reflection at the boundary layer between the fluid and the medium above it
  • Different transit times t2, t3 of the sound signals 46, 26 therefore have the consequence that the signal received by the sound converter unit 16 and superimposed sound signal is deformed in time, which affects the accuracy of the measurement and, in the worst case, leads to an unusable measurement.
  • the uneven thickness of the sound coupling unit 19 leads to a difference in the transit time of the respective sound signals, the uneven thickness of the sound coupling unit can also be referred to as inhomogeneity in the sound transmission.
  • an uneven thickness of the fluid container 12 can also lead to a difference in the transit time of the respective sound signals. Because there too, the sound signal when passing through the fluid container 12 at a thick point takes more time than the sound signal when passing through the fluid container 12 at a thin point. In this respect, an uneven thickness of the fluid container 12 can also be referred to as inhomogeneity, in particular as inhomogeneity in the sound transmission. The same also applies to the sensor housing 14. Even there, an uneven thickness would lead to differences in runtime.
  • FIG. 5 an embodiment of a method according to the invention is shown, with which an inhomogeneity in the form of an impurity (such as impurity 30 in FIG. 1) can be compensated.
  • the method begins with the start at step 500.
  • step 502 in which each of the sound transducer modules (for example sound transducer modules 1 to 6 from FIG. 1) is controlled in such a way that each of these has a sound signal along the respective sound signal path through the sensor housing 14.
  • the sound coupling unit 19 and the fluid container 12 emits into the fluid.
  • This is indicated in FIG. 1 by way of example by the sound signals 22 and 42 along the sound signal paths 20 and 40.
  • each of the transducer modules receives a sound signal in response to that from the respective one
  • Sound transducer module emitted sound signal. This is indicated as an example in FIG. 1 by the sound signals 24 and 44.
  • a transit time tl of the at least one sound signal 46 is determined in a step 508. Then, in step 510, the determined transit time t1 is compared with a predetermined reference transit time tmin. Finally, it is determined in a step 512 that there is an inhomogeneity in the form of the defect 30 in the sound signal path 40 of the sound transducer module 4, in that the determined running time tl is at least a predetermined running time threshold value Atmin less than the predetermined reference running time tmin.
  • the predetermined transit time threshold value Atmin serves to ensure that only slight transit time differences between the determined transit time t 1 of the sound signal 46 and the predetermined one Reference runtime tmin cannot be interpreted as an inhomogeneity in the form of an impurity.
  • step 512 If it has been determined in step 512 that there is an inhomogeneity in the form of an impurity in the sound signal path, the method goes to step 514, in which the sound converter unit 16 is controlled in such a way that the in
  • step 514 the control unit 18 controls the sound converter unit 16 in such a way that only the sound converter modules 1 to 3, 5 and 6 emit sound signals into the fluid, whereas the sound converter module 4, in whose sound signal path 40 the fault point 30 is located, does not is controlled.
  • the control unit 18 thus only controls those sound transducer modules of the sound transducer unit 16 whose sound signal paths are free from defects.
  • the method finally ends at step 516.
  • FIG. 6 in which a further embodiment of the method according to the invention is shown, with which an inhomogeneity in the form of a different thickness of the sound coupling unit and / or fluid container (see FIG. 3) is compensated.
  • step 602 in which each of the sound transducer modules (for example sound transducer modules 1 to 6 of FIG. 1) is controlled in such a way that each of the sound transducer modules has a sound signal along a respective sound signal path through the sensor housing 14 Sound coupling unit 19 and the fluid container 12 emits into the fluid.
  • step 604 each of the transducer modules receives a sound signal in response to that of the respective one
  • Sound transducer module emitted sound signal. This is indicated as an example in FIG. 3 by the sound signals 24 and 44.
  • a first transit time t2 of the sound signal 46 is determined by the sound converter module 4 in step 608.
  • a second transit time t3 of the sound signal 26 is determined by the sound converter module 2.
  • a transit time difference Dt2 between the first transit time t2 of the sound signal 46 and the second transit time t3 of the sound signal 26 is determined.
  • step 614 it is then determined that there is an inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit 19 and / or fluid container 12, in that the determined transit time difference Dt2 is greater than a predetermined transit time difference threshold value Ltmin2.
  • the predetermined transit time difference threshold value Ltmin2 serves to ensure that minor transit time differences are not interpreted as inhomogeneity in the form of an uneven thickness.
  • step 616 in which the sound transducer unit 16 is controlled in such a way that the existing inhomogeneity is compensated for .
  • the control unit 18 controls the individual sound transducer modules with a time shift in step 616 in such a way that the determined transit time difference is taken into account.
  • the control unit 18 therefore carries out a delayed activation of the baffle module 4 in comparison to the activation of the baffle module 2.
  • control unit 18 it is also possible for the control unit 18 to actuate the sound transducer module 2 with a shift in time compared to the actuation of the sound transducer module 4.
  • control unit 18 will control the sound transducer modules 2 and 4 in such a way that the determined transit time difference At is taken into account, so that a flat sound wave is generated in the fluid or can be received by the sound transducer unit 16. The method finally ends with step 618.
  • transducer modules 1 to 6 can also be controlled selectively. This means that it is not necessary to control all of the sound converter modules 1 to 6, but only part of the sound converter modules 1 to 6. For example, only those sound converter modules could be controlled in whose sound signal paths an inhomogeneity is suspected.
  • each of the baffle module itself can in turn consist of a group of baffles, which in turn are arranged in a matrix and can each be controlled by the control unit 18.
  • a higher spatial resolution with regard to the detection of inhomogeneities in the sound coupling unit 19 and / or in the fluid container 12 (and / or possibly in the sensor housing 14) is sufficient, so that the reliability during operation of the fluid sensor device can be further improved.
  • runtime difference denotes the difference in runtime amount.
  • the transducer unit 16 is described in connection with FIGS. 1 to 6 with 6 transducer modules 1-6 in the first direction, the transducer unit 16 can of course also have more or less than 6 transducer modules in the first direction. Likewise, the sound converter unit 16 can have any number of sound converter modules in the second direction, which does not necessarily have to correspond to the number in the first direction.

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Abstract

The invention relates to a method for operating a fluid sensor device (10) for determining the fill level and/or the quality of a fluid in a fluid container (12), wherein the fluid sensor device (10) has a sound transducer unit (16) having a plurality of sound transducer modules (1-6) and has a sound coupling unit (19) which is arranged between the sound transducer unit (16) and the fluid container (12) and is designed to acoustically couple the sound transducer unit (16) to the fluid container (12). The method comprises the following steps: actuating each of the sound transducer modules (1-6) in such a way that these each emit a sound signal into the fluid along a respective sound signal path (20, 40) through the sound coupling unit (19) and the fluid container (12); receiving a sound signal in response to the sound signal emitted from the respective sound transducer module (1-6); evaluating at least one of the received sound signals to determine whether, in the sound signal path (20, 40) of the respective sound transducer module (1-6), there is an inhomogeneity in the sound coupling unit (19) and/or in the fluid container (12); and actuating the sound coupling unit (19) in such a way that, during determination of the fill level and/or the quality of the fluid, the inhomogeneity present in the sound signal path (20, 40) is compensated.

Description

Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter Method and device for determining the level and / or the quality of a fluid in a fluid container
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids, wie beispielsweise einer Harnstofflösung, in einem Fluidbehälter, insbesondere in einem Fluidbehälter eines Fahrzeugs . The present invention relates to a method and a device for determining the fill level and / or the quality of a fluid, such as a urea solution, in a fluid container, in particular in a fluid container of a vehicle.
Zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids kann beispielsweise eine akustische Messvorrichtung eingesetzt werden. Ein Schallwandler der akustischen Messvorrichtung kann sowohl als Schallerzeuger als auch als Schallempfänger arbeiten. Für eine Bestimmung des Füllstands des Fluids im Fluidbehälter können mittels des Schallwandlers beispielsweise Schallimpulse, insbesondere Ultraschallimpulse, in das zu vermessende Fluid abgegeben werden. Die Schallimpulse können von einer Grenzfläche zwischen dem Fluid und einem weiteren Medium, wie beispielsweise der darüber befindlichen Luft, reflektiert werden. Aus der Laufzeit der Schallimpulse können dann Rückschlüsse auf den Füllstand des Fluids im Fluidbehälter geschlossen werden. An acoustic measuring device can be used, for example, to determine the fill level and / or the quality of a fluid. A sound transducer of the acoustic measuring device can work both as a sound generator and as a sound receiver. To determine the fill level of the fluid in the fluid container, for example sound pulses, in particular ultrasound pulses, can be emitted into the fluid to be measured by means of the sound transducer. The sound pulses can be reflected by an interface between the fluid and another medium, such as the air above it. Conclusions about the level of the fluid in the fluid container can then be drawn from the transit time of the sound pulses.
Ferner können mittels desselben oder eines separat vorgesehen Schallwandlers Schallsignale in Richtung eines im Fluid an geordneten Referenzreflektors zum Ermitteln einer Schallge schwindigkeit im Fluid ausgesendet werden. Diese Schallge schwindigkeit kann dann unter anderem auch zur Bestimmung der Qualität des Fluids in dem Fluidbehälter herangezogen werden. Furthermore, sound signals can be emitted by means of the same or a separately provided sound transducer in the direction of a reference reflector arranged in the fluid to determine a speed of sound in the fluid. This Schallge speed can then be used, among other things, to determine the quality of the fluid in the fluid container.
Allerdings hat sich gezeigt, dass derartige akustische Mess vorrichtungen nicht immer einwandfrei arbeiten. Beispielsweise können die Schallimpulse nicht nur an der Grenzfläche zwischen dem zu vermessenden Fluid und der darüber befindlichen Luft reflektiert werden, sondern auch an anderen Grenzflächen, an denen es zu einer Änderung der akustischen Eigenschaften kommt. Würden die Schallimpulse an derartigen Grenzflächen reflektiert, käme es ebenfalls zu einer veränderten Laufzeit. Würde man jedoch aus dieser veränderten Laufzeit auf den Füllstand und/oder die Qualität des Fluids schließen, wäre die Messung fehlerhaft oder gar unbrauchbar. However, it has been shown that such acoustic measuring devices do not always work properly. For example, the sound pulses can not only be at the interface between the fluid to be measured and the air above it are reflected, but also at other interfaces where the acoustic properties change. If the sound pulses were reflected at such interfaces, the runtime would also change. However, if one would infer the level and / or the quality of the fluid from this changed running time, the measurement would be incorrect or even unusable.
Des Weiteren befindet sich zwischen dem Fluidbehälter und der akustischen Messvorrichtung häufig eine akustische Koppel schicht, die dazu dient, die akustische Messvorrichtung akustisch an den Fluidbehälter zu koppeln. Da die Laufzeit des Schallimpulses auch von der Dicke der Koppelschicht abhängt, wirken sich Änderungen in der Dicke der Koppelschicht ebenfalls auf die Laufzeit der Schallsignale aus. Auch diese Änderungen können zu einem fehlerhaften oder gar unbrauchbaren Messergebnis führen . Furthermore, there is often an acoustic coupling layer between the fluid container and the acoustic measuring device, which serves to acoustically couple the acoustic measuring device to the fluid container. Since the transit time of the sound pulse also depends on the thickness of the coupling layer, changes in the thickness of the coupling layer also affect the transit time of the sound signals. These changes can also lead to incorrect or unusable measurement results.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Flu idbehälter bereitzustellen, mit dem die Bestimmung des Füll stands und/oder der Qualität des Fluids weniger fehleranfällig ist und die Fluidsensorvorrichtung damit zuverlässiger und genauer betrieben werden kann. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidsensorvorrichtung zum Be stimmen des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids be reitzustellen, die mittels eines derartigen Verfahrens betrieben werden kann. The object of the present invention is therefore to provide a method for operating a fluid sensor device for determining the fill level and / or the quality of a fluid in a fluid container, with which the determination of the fill level and / or the quality of the fluid is less prone to errors and the Fluid sensor device can thus be operated more reliably and accurately. Furthermore, it is the object of the present invention to provide a fluid sensor device for determining the fill level and / or the quality of the fluid, which can be operated by means of such a method.
Die Aufgaben werden mit einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 sowie mit einer Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. The objects are achieved with a method according to claim 1 and with a device according to claim 8. Preferred and advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung zum Be stimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter bereitgestellt. Dabei weist die Flu idsensorvorrichtung eine Schallwandlereinheit mit mehreren Schallwandlermodulen und eine zwischen der Schallwandlereinheit und dem Fluidbehälter angeordnete Schallkoppeleinheit auf. Die Schallkoppeleinheit ist dabei dazu ausgebildet, die Schall wandlereinheit akustisch an den Fluidbehälter zu koppeln. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Ansteuern jedes der Schallwandlermodule derart, dass diese jeweils ein Schallsignal entlang eines jeweiligen Schallsig nalpfads durch die Schallkoppeleinheit und den Fluidbehälter in das Fluid aussenden, Empfangen eines Schallsignals in Erwiderung auf das vom jeweiligen Schallwandlermodul ausgesendeten According to a first aspect of the present invention, a method for operating a fluid sensor device for determining the fill level and / or the quality of a fluid in a fluid container is provided. The fluid sensor device has a sound transducer unit with a plurality of sound transducer modules and a sound coupling unit arranged between the sound transducer unit and the fluid container. The sound coupling unit is designed to acoustically couple the sound transducer unit to the fluid container. The method according to the invention comprises the following steps: controlling each of the sound transducer modules in such a way that they each transmit a sound signal along a respective sound signal path through the sound coupling unit and the fluid container into the fluid, receiving a sound signal in response to that emitted by the respective sound transducer module
Schallsignals, Auswerten von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität in der Schallkoppe leinheit und/oder im Fluidbehälter vorhanden ist, und Ansteuern der Schallwandlereinheit derart, dass beim Bestimmen des Füllstands und oder der Qualität des Fluids die in dem Sound signal, evaluating at least one of the received sound signals as to whether there is an inhomogeneity in the sound coupling path and / or in the fluid container in the sound signal path of the respective sound transducer module, and actuating the sound transducer unit in such a way that when determining the fill level and or the quality of the fluid the the
Schallsignalpfad vorhandene Inhomogenität kompensiert wird. Sound signal path existing inhomogeneity is compensated.
Im Rahmen dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff „Inhomo genität" eine Inhomogenität der Schalltransmission im jeweiligen Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls. Die In homogenität in der Schalltransmission kann beispielsweise in der Form einer Störstelle vorliegen, beispielsweise in Form eines Lunkers oder einer Luftblase, die sich in der Schallkoppeleinheit und/oder dem Fluidbehälter und/oder zwischen der Schallkop peleinheit und dem Fluidbehälter oder der Schallwandlereinheit befindet. Die Inhomogenität in der Schalltransmission kann aber auch in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkop peleinheit und/oder Fluidbehälter vorliegen. In the context of this disclosure, the term “inhomogeneity” denotes an inhomogeneity of the sound transmission in the respective sound signal path of the respective sound transducer module. The inhomogeneity in the sound transmission can be present, for example, in the form of a defect, for example in the form of a blow hole or an air bubble that is located in the Sound coupling unit and / or the fluid container and / or between the Schallkop peleinheit and the fluid container or the sound transducer unit located. The inhomogeneity in the sound transmission can also be in the form of an uneven thickness of Schallkop peleinheit and / or fluid container.
Eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle führt dazu, dass das Schallsignal zumindest teilweise bereits an der Störstelle und eben nicht an der Grenzfläche zwischen dem zu vermessenden Fluid und dem darüberliegenden Medium (insbesondere Luft) reflektiert wird. Durch diese „vorzeitige" Reflektion des ausgesendeten Schallsignals kommt es zu einer Verringerung der Laufzeit des Schallsignals, was zu einem verfälschten oder im schlimmsten Fall unbrauchbaren Messergebnis führt. An inhomogeneity in the form of an interfering point means that the sound signal is at least partially already reflected at the interfering point and not at the interface between the fluid to be measured and the medium above it (in particular air). This "premature" reflection of the emitted sound signal leads to a reduction in the transit time of the sound signal, which leads to a falsified or, in the worst case, unusable measurement result.
Eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke der Schallkoppeleinheit und/oder des Fluidbehälters führt dazu, dass ein Schallsignal, das die Schallkoppeleinheit und den Fluid behälter an einer dünnen Stelle durchläuft, eine geringere Laufzeit aufweist, als ein Schallsignal, dass die Schallkop peleinheit und den Fluidbehältern einer dicken Stelle durch läuft. Diese unterschiedlichen Laufzeiten führen dazu, dass die insgesamt in das Fluid eintretende Schallwelle nicht mehr (in guter Näherung) eben sondern ungleichmäßig verformt ist, was das Messergebnis ebenfalls verfälscht oder gar unbrauchbar macht. An inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit and / or the fluid container means that a sound signal that passes through the sound coupling unit and the fluid container at a thin point has a shorter transit time than a sound signal that the sound coupling unit and the Fluid containers of a thick point runs through. These different transit times mean that the sound wave entering the fluid is no longer flat (to a good approximation) but is deformed unevenly, which also falsifies the measurement result or makes it unusable.
Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde, dass bei derartigen Inhomogenitäten in Form einer Störstelle und/oder einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter die Schallwandlereinheit derart angesteuert wird, dass die im Schallsignalpfad jeweils vorhandene Inhomogenität kompensiert wird. The invention is therefore based on the idea that in the case of such inhomogeneities in the form of a fault point and / or an uneven thickness of the sound coupling unit and / or fluid container, the sound transducer unit is controlled in such a way that the inhomogeneity present in the sound signal path is compensated for.
Im Rahmen dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff „kompen sieren" ein Ausgleichen bzw. ein Berücksichtigen der Inhomo genität im jeweiligen Schallsignalpfad derart, dass nach der Kompensation der Inhomogenität diese im Messsignal nicht mehr vorhanden ist oder zumindest weitestgehend ausgeglichen ist. In the context of this disclosure, the term “compensate” denotes compensation or consideration of the inhomogeneity in the respective sound signal path in such a way that according to the Compensation for the inhomogeneity which is no longer present in the measurement signal or is at least largely compensated for.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass diejenigen Schallwandlermodule, deren Schallsignalpfade eine Inhomogenität aufweisen, maskiert bzw. blockiert oder gar nicht angesteuert werden, sodass diese Schallwandlermodule keine Schallsignale mehr aussenden können und es daher nicht zu einer bspw. This can be done, for example, by masking or blocking those sound transducer modules whose sound signal paths have an inhomogeneity, or not controlling them at all, so that these sound transducer modules can no longer emit sound signals and therefore cannot, for example,
„vorzeitigen" Reflektion der Schallsignale kommt. Die Kom pensation kann aber auch dadurch erfolgen, dass die Schall wandlermodule der Schallwandlereinheit zeitlich verschoben angesteuert werden und zwar derart, dass Laufzeitunterschiede zwischen den Schallsignalen der jeweiligen Schallwandlermodule berücksichtigt werden. Insbesondere werden die Schallwand lermodule zeitlich derart verschoben angesteuert, dass wieder eine (in guter Näherung) ebene Schallwelle in das Fluid eintritt. Dadurch kann eine Verformung der Schallwelle ausgeglichen werden und das Messergebnis verbessert werden. "Premature" reflection of the sound signals comes. The compensation can, however, also take place in that the sound transducer modules of the sound transducer unit are actuated with a time shift, specifically in such a way that time differences between the sound signals of the respective sound transducer modules are taken into account. In particular, the sound transducer modules are shifted in time controlled that a (to a good approximation) flat sound wave enters the fluid again, a deformation of the sound wave can be compensated for and the measurement result can be improved.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also möglich, beispielsweise in einem Testmodus eine Fluidsensorvorrichtung dahingehend zu testen, ob eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle und/oder einer unterschiedlichen Dicke von With the method according to the invention it is therefore possible, for example in a test mode, to test a fluid sensor device to determine whether there is an inhomogeneity in the form of an impurity and / or a different thickness of
Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter vorhanden ist. Wenn dann festgestellt wurde, dass eine derartige Inhomogenität vorhanden ist, kann die Schallwandlereinheit derart angesteuert werden, dass die Inhomogenität im folgenden Messmodus ausge glichen bzw. kompensiert wird. Sound coupling unit and / or fluid container is present. If it was then determined that such an inhomogeneity is present, the sound transducer unit can be controlled in such a way that the inhomogeneity is compensated or compensated for in the following measurement mode.
Der Testmodus der Fluidsensorvorrichtung kann beispielsweise bereits nach Herstellung der Fluidsensorvorrichtung erfolgen. Also noch bevor dieser schließlich im Fahrzeug oder dergleichen eingebaut und gegebenenfalls mit dem Fluid befüllt wird. Wenn in dem Testmodus dann eine Inhomogenität festgestellt wird, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schallwandlereinheit derart angesteuert werden, dass diese Inhomogenität kompensiert bzw. berücksichtigt wird. Sobald die Kompensation erfolgt ist, kann dann die Fluidsensorvorrichtung beispielsweise im Fahrzeug eingebaut werden und im darauffolgenden Messmodus betrieben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt also sicher, dass durch die Kompensation der womöglich schon bei der Produktion auftretenden Inhomogenitäten im Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine zuverlässig und genauer arbeitende Fluidsensorvorrichtung geschaffen wird. Dadurch kann insbe sondere die Ausschussrate von fehlerhaft arbeitenden Flu idsensorvorrichtungen verringert werden und die Zuverlässigkeit der Fluidsensorvorrichtungen erhöht werden. The test mode of the fluid sensor device can, for example, already take place after the production of the fluid sensor device. So even before it is finally installed in the vehicle or the like and possibly filled with the fluid. If an inhomogeneity is then determined in the test mode, with According to the method according to the invention, the sound converter unit is controlled in such a way that this inhomogeneity is compensated for or taken into account. As soon as the compensation has taken place, the fluid sensor device can then be installed, for example, in the vehicle and operated in the subsequent measurement mode. The method according to the invention thus ensures that the compensation of the inhomogeneities that may already occur during production in the sound signal path of the respective sound transducer module creates a reliable and more precise fluid sensor device. As a result, in particular the reject rate of faulty fluid sensor devices can be reduced and the reliability of the fluid sensor devices can be increased.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Schritt des Auswertens von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsig nalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit und/oder im Fluidbehälter vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte auf: Ermitteln einer Laufzeit des zumindest einen Schallsignals, Vergleichen der ermittelten Laufzeit mit einer vorbestimmten Referenzlaufzeit eines Re ferenzschallsignals und Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle in dem Schallsignalpfad vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte Laufzeit mindestens um einen vorbestimmten Laufzeitschwellenwert kleiner als die vorbe stimmte Referenzlaufzeit ist. Die Referenzlaufzeit kann dabei beispielsweise im System bereits hinterlegt sein und durch Messungen oder Modelle ermittelt worden sein. Damit kann durch einen einfachen Vergleich zwischen der ermittelten Laufzeit und einer vorbestimmten (bekannten) Referenzlaufzeit eine Inho mogenität in der Form einer Störstelle festgestellt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung entspricht die Referenzlaufzeit einer Laufzeit, die das Referenzschallsignal benötigt, wenn der jeweilige Schallsignalpfad frei von Stör stellen ist. Besonders bevorzugt ist als Referenzlaufzeit diejenige Laufzeit, die das Referenzschallsignal benötigt, wenn der jeweilige Schallsignalpfad frei von Störstellen ist und der Fluidbehälter kein Fluid aufweist. In diesem Fall würde das ausgesendete Schallsignal an der Grenzfläche zwischen dem Fluidbehälter und der darüber vorhandenen Luft reflektiert werden. Besonders vorteilhaft an der Verwendung eines leeren Fluidbehälters ist, dass beim Testmodus der Fluidsensorvor richtung keine zusätzlichen Fluide wie etwa Testfluide oder dergleichen benötigt werden, um eine Inhomogenität festzu stellen . In a preferred embodiment of the method according to the invention, the step of evaluating at least one of the received sound signals to determine whether there is an inhomogeneity in the sound coupling module and / or in the fluid container in the sound signal path of the respective sound transducer module, further comprises the following steps: at least one sound signal, comparing the determined transit time with a predetermined reference transit time of a reference sound signal and determining that there is an inhomogeneity in the form of an impurity in the sound signal path, in that the determined transit time is at least a predetermined transit time threshold value less than the predetermined reference transit time . The reference runtime can, for example, already be stored in the system and determined by measurements or models. An inhomogeneity in the form of an impurity can thus be determined by a simple comparison between the determined transit time and a predetermined (known) reference transit time. In a particularly preferred embodiment, the reference runtime corresponds to a runtime that the reference sound signal requires if the respective sound signal path is free of interference. Particularly preferred as the reference running time is the running time that the reference sound signal requires if the respective sound signal path is free of defects and the fluid container has no fluid. In this case, the emitted sound signal would be reflected at the interface between the fluid container and the air above it. It is particularly advantageous when using an empty fluid container that no additional fluids such as test fluids or the like are required in the test mode of the fluid sensor device in order to determine an inhomogeneity.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dabei der Schritt des Ansteuerns der In a preferred embodiment of the method according to the invention, the step of controlling the
Schallwandlereinheit derart, dass die in dem Schallsignalpfad vorhandene Inhomogenität kompensiert wird, ferner den Schritt: Ansteuern nur derjenigen Schallwandlermodule der Schallwand lereinheit, deren Schallsignalpfade frei von Inhomogenitäten sind. Wenn also eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle im jeweiligen Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandler moduls wie oben beschrieben festgestellt wurde, kann diese Inhomogenität ganz einfach dadurch kompensiert werden, dass diejenigen Schallwandlermodule, die eine Inhomogenität im Schallsignalpfad aufweisen, nicht angesteuert werden (bzw. maskiert oder blockiert werden) und nur diejenigen Schall wandlermodule angesteuert werden, deren Schallsignalpfade keine Inhomogenität aufweisen. Dadurch wird verhindert, dass Sound transducer unit in such a way that the inhomogeneity present in the sound signal path is compensated, further the step: actuating only those sound transducer modules of the sound transducer unit whose sound signal paths are free of inhomogeneities. If an inhomogeneity in the form of a fault in the respective sound signal path of the respective sound transducer module has been determined as described above, this inhomogeneity can be compensated very simply by not actuating (or masking or.) Those sound transducer modules that have an inhomogeneity in the sound signal path are blocked) and only those transducer modules are controlled whose sound signal paths have no inhomogeneity. This prevents
Schallwandlermodule angesteuert werden, die aufgrund der im jeweiligen Schallsignalpfad vorhandenen Inhomogenität ein verfälschtes und damit unter Umständen unbrauchbares Messer gebnis erzeugen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Schritt des Auswertens von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsig nalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit und/oder im Fluidbehälter vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte auf: Ermitteln einer ersten Laufzeit eines von einem (ersten Schallwandlermodul) der mehreren Schallwandlermodule ausgesendeten Schallsignals, Ermitteln einer zweiten Laufzeit eines von einem anderen (bzw. zweiten Schallwandlermodul) der mehreren Schallwandlermodule ausgesendeten Schallsignals, Ermitteln eines Laufzeitunter schieds zwischen der ersten Laufzeit und der zweiten Laufzeit, und Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen (bzw. nicht konstanten) Dicke der Schallkop peleinheit und/oder des Fluidbehälters vorhanden ist, dadurch, dass der ermittelte Laufzeitunterschied größer als ein vor bestimmter Laufzeitunterschiedsschwellenwert ist. Mit anderen Worten werden in dieser Ausgestaltung durch einen einfachen Vergleich zweier Schallsignale Laufzeitunterschiede der Sound transducer modules are controlled which, due to the inhomogeneity present in the respective sound signal path, produce a falsified and thus useless measurement result. According to a further embodiment of the method according to the invention, the step of evaluating at least one of the received sound signals to determine whether there is an inhomogeneity in the sound coupling module and / or in the fluid container in the sound signal path of the respective sound transducer module, further comprises the following steps: determining a first runtime one of one (first sound transducer module) of the plurality of sound transducer modules, determining a second transit time of a sound signal sent by another (or second transducer module) of the plurality of transducer modules, determining a transit time difference between the first transit time and the second transit time, and determining that there is an inhomogeneity in the form of an uneven (or not constant) thickness of the Schallkop peleinheit and / or the fluid container, in that the determined transit time difference is greater than a predetermined runtime difference threshold. In other words, in this embodiment, the running time differences are determined by a simple comparison of two sound signals
Schallsignale ermittelt, die dann als Basis für das Feststellen einer Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter verwendet werden. Wenn der ermittelte Laufzeitunterschied größer als der vor bestimmte Laufzeitunterschiedsschwellenwert ist, zeigt das, dass die beiden verglichenen Schallsignale unterschiedlich lange Schallsignalpfad durchlaufen haben und daher die Schallkop peleinheit und/oder der Fluidbehälter an diesen beiden Stellen eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Sound signals determined, which are then used as the basis for determining an inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit and / or fluid container. If the determined transit time difference is greater than the predetermined transit time difference threshold value, this shows that the two compared sound signals have passed the sound signal path of different lengths and therefore the sound coupler unit and / or the fluid container have a different thickness at these two points.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Schritt des Ansteuerns der Schallwandlereinheit derart, dass die in dem Schallsignalpfad vorhandene Inhomo genität kompensiert wird, daher ferner den Schritt auf: zeitlich verschobenes (bzw. zeitlich verzögertes oder zeitlich vor verlagertes) Ansteuern der Schallwandlermodule der Schall wandlereinheit derart, dass der ermittelte Laufzeitunterschied berücksichtigt wird. Insbesondere werden die Schallwandler module dabei derart zeitlich verschoben angesteuert, das eine (in guter Näherung) ebene Schallwelle im Fluid erzeugt und eine Verformung der Schallwelle kompensiert wird. Dadurch können bereits im Testmodus der Fluidsensorvorrichtung produktions bedingte Inhomogenitäten in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter kompensiert werden. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die Schallkoppeleinheit in der Regel von außen optisch nicht zu gänglich ist und auch sonst eine ungleichmäßige Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter mit dem bloßen Auge oft nicht zu erkennen ist. In a further embodiment of the method according to the invention, the step of actuating the sound converter unit in such a way that the inhomogeneity present in the sound signal path is compensated for, therefore furthermore the step: temporally shifted (or time-delayed or time-shifted) actuation of the sound transducer modules of the sound transducer unit in such a way that the determined transit time difference is taken into account. In particular, the sound transducer modules are actuated so that they are shifted in time in such a way that a (to a good approximation) flat sound wave is generated in the fluid and a deformation of the sound wave is compensated for. As a result, production-related inhomogeneities in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit and / or fluid container can be compensated for even in the test mode of the fluid sensor device. This is particularly advantageous because the sound coupling unit is generally not visually accessible from the outside and otherwise an uneven thickness of the sound coupling unit and / or fluid container is often not visible to the naked eye.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schallwandlermodule selektiv angesteuert. Mit anderen Worten werden nicht alle Schallwandlermodule der Schallwand lereinheit angesteuert, sondern nur bestimmte Schallwandler module. Beispielsweise ist es denkbar, dass selektiv zunächst nur diejenigen Schallwandlermodule angesteuert werden, bei denen man eine Inhomogenität im jeweiligen Schallsignalpfad vermutet. So kann es sein, dass man Kenntnis darüber besitzt, an welchen Stellen der Schallkoppeleinheit und/oder dem Fluidbehälter vermehrt Störstellen oder anderweitige Inhomogenitäten auf- treten. Wenn man diese Kenntnis besitzt, kann man selektiv zunächst nur diejenigen Schallwandlermodule ansteuern, deren Schallsignalpfade im Bereich dieser Stellen liegen. Mit dieser Ausgestaltung müssen demnach nicht mehr alle Schallwandlermodule angesteuert werden, sondern kann es ausreichen, wenn nur einzelne Schallwandlermodule selektiv angesteuert werden. Das spart Zeit beim Testen der Fluidsensorvorrichtung. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es selbstver ständlich möglich ist, die verschiedenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens derart miteinander zu kom binieren, dass sowohl eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle als auch eine Inhomogenität in der Form einer un gleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluid behälter festgestellt und entsprechend kompensiert werden kann. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Schallsignale zunächst mit Blick auf Störstellen in der Schallkoppeleinheit und/oder dem Fluidbehälter ausgewertet werden, wobei dann diejenigen In a further embodiment of the method according to the invention, the sound transducer modules are controlled selectively. In other words, not all transducer modules of the transducer unit are controlled, but only certain transducer modules. For example, it is conceivable that initially only those sound transducer modules are controlled which are assumed to be inhomogeneous in the respective sound signal path. So it may be that you have knowledge of the locations of the sound coupling unit and / or the fluid container that are increasingly causing defects or other inhomogeneities. If you have this knowledge, you can first selectively control only those transducer modules whose sound signal paths are in the area of these locations. With this configuration, therefore, it is no longer necessary to control all of the sound transducer modules, but it may be sufficient if only individual sound transducer modules are selectively controlled. This saves time when testing the fluid sensor device. At this point, it should be pointed out that it is of course possible to combine the various exemplary embodiments of the method according to the invention in such a way that both an inhomogeneity in the form of an impurity and an inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit and / or fluid container can be determined and compensated accordingly. For example, it is conceivable that the sound signals are first evaluated with a view to defects in the sound coupling unit and / or the fluid container, with those then
Schallwandlermodule maskiert werden, deren Schallsignalpfade eine Störstelle aufweisen. Anschließend können die (verblei benden) Schallsignale mit Blick auf eine unterschiedliche Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter ausgewertet werden, wobei die (verbleibenden) Schallwandlermodule dann zeitlich verschoben angesteuert werden, um eine ebene Sound transducer modules are masked, the sound signal paths of which have an interference point. Subsequently, the (remaining) sound signals can be evaluated with a view to a different thickness of the sound coupling unit and / or fluid container, the (remaining) sound transducer modules then being shifted in time to a level
Schallwelle im Fluid zu erzeugen. To generate sound wave in the fluid.
Schließlich wird in einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Fluidsensorvorrichtung zum Bestimmen des Finally, in a second aspect of the present invention, a fluid sensor device for determining the
Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids in einem Flu idbehälter geschaffen. Die erfindungsgemäße Fluidsensorvor richtung umfasst eine Schallwandlereinheit, die mehrere Level and / or the quality of a fluid created in a fluid container. The fluid sensor device according to the invention comprises a sound transducer unit, which has several
Schallwandlermodule aufweist, wobei jedes der Schallwandler module dazu ausgebildet ist, ein Schallsignal entlang eines Schallsignalpfads in das Fluid auszusenden und in Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen. Die Fluidsensorvorrichtung umfasst ferner eine zwischen der Has sound transducer modules, each of the sound transducer modules being designed to emit a sound signal along a sound signal path into the fluid and to receive a sound signal in response to the sound signal emitted. The fluid sensor device further includes one between the
Schallwandlereinheit und dem Fluidbehälter angeordnete Sound transducer unit and the fluid container arranged
Schallkoppeleinheit, die dazu ausgebildet ist, die Schall wandlereinheit akustisch an den Fluidbehälter zu koppeln, sowie eine Steuereinheit zum Ansteuern der Schallwandlereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und Ausgestaltungen davon durchzuführen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Flu idsensorvorrichtung eine zumindest zwei Schallwandlermodule aufweisende kapazitive mikromechanische Ultraschallwand lereinheit (CMUT) oder eine zumindest zwei Schallwandlermodule aufweisende piezoelektrische mikromechanische Ultraschall wandlereinheit (PMUT) ist. Sound coupling unit, which is designed to acoustically couple the sound transducer unit to the fluid container, and a control unit for controlling the sound transducer unit, wherein the control unit is designed to carry out the method according to the first aspect and refinements thereof. It is particularly advantageous if the fluid sensor device according to the invention is a capacitive micromechanical ultrasonic transducer unit (CMUT) having at least two transducer modules or a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer unit (PMUT) having at least two transducer modules.
Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen: Other features and objects of the present invention will become apparent to those skilled in the art upon practicing the present teaching and viewing the accompanying drawings. Show it:
FIG 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung mit mehreren Schallwandlermodulen, wobei in einem Schallsignalpfad von einem der Schallwandlermodule eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle vorhanden ist, 1 shows a schematic view of a first embodiment of a fluid sensor device according to the invention with a plurality of sound transducer modules, an inhomogeneity in the form of a fault location being present in one sound signal path from one of the sound transducer modules,
FIG 2 eine schematische Ansicht eines Schallsignals, bei dem im zugehörigen Schallsignalpfad eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle vorhanden ist, 2 shows a schematic view of a sound signal in which there is an inhomogeneity in the form of an impurity in the associated sound signal path,
FIG 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Fluidsensorvorrichtung mit mehreren Schallwandlermodulen, wobei eine Schallkoppeleinheit der Fluidsensorvorrichtung eine ungleichmäßige Dicke aufweist, 3 shows a schematic view of a further embodiment of a fluid sensor device according to the invention with a plurality of sound transducer modules, a sound coupling unit of the fluid sensor device having an uneven thickness,
FIG 4 eine schematische Ansicht zweier Schallsignale, deren4 shows a schematic view of two sound signals, the
Laufzeiten aufgrund der ungleichmäßig Dicke der Schallkoppe leinheit einen Laufzeitunterschied aufweisen, Runtimes have a runtime difference due to the uneven thickness of the sound coupling unit,
FIG 5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ver fahrens, mit dem eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle kompensiert wird, und FIG 6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen5 shows an embodiment of a method according to the invention, with which an inhomogeneity in the form of an impurity is compensated, and 6 shows a further embodiment of the invention
Verfahrens, mit dem eine Inhomogenität in der Form einer un gleichmäßigen Dicke der Schallkoppeleinheit kompensiert wird. Method with which an inhomogeneity in the form of a non-uniform thickness of the sound coupling unit is compensated.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Elements of the same construction or function are provided with the same reference symbols in all figures.
Es sei zunächst auf FIG 1 verwiesen, die eine Fluidsensor vorrichtung 10 zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids zeigt. Das Fluid kann beispielsweise ein flüssiges Medium zur Schadstoffreduktion in Abgasen sein, das bei spielsweise ein Reduktionsmittel und/oder ein Reduktionsmit telvorläufer, wie eine wässrige Harnstofflösung, aufweist. Alternativ kann es sich bei dem Fluid auch um ein Öl handeln, wie beispielsweise ein Getriebeöl für ein Getriebe eines Fahrzeugs oder dergleichen. Reference is first made to FIG. 1, which shows a fluid sensor device 10 for determining the fill level and / or the quality of a fluid. The fluid can be, for example, a liquid medium for reducing pollutants in exhaust gases, which, for example, has a reducing agent and / or a reducing agent precursor, such as an aqueous urea solution. Alternatively, the fluid can also be an oil, such as a transmission oil for a transmission of a vehicle or the like.
Die Fluidsensorvorrichtung 10 umfasst einen Fluidbehälter 12 zum Aufnehmen des Fluids, ein Sensorgehäuse 14 und eine Schall wandlereinheit 16, die an dem Sensorgehäuse 14 angeordnet ist. The fluid sensor device 10 comprises a fluid container 12 for receiving the fluid, a sensor housing 14 and a sound transducer unit 16 which is arranged on the sensor housing 14.
Die Schallwandlereinheit 16 umfasst mehrere matrixförmig ne beneinander angeordnete Schallwandlermodule . Im konkreten Beispiel von FIG 1 weist die Schallwandlereinheit 16 sechs nebeneinander angeordnete Schallwandlermodule (1 bis 6) in einer ersten Richtung auf. Des Weiteren weist die Schallwandlereinheit 16 weitere nebeneinander angeordnete Schallwandlermodule (nicht gezeigt) in einer zweiten Richtung, die unter einem Winkel, beispielsweise 90°, zur ersten Richtung angeordnet ist, auf. Alternativ sind auch jegliche weiteren Anordnungsformen der mehreren Schallwandlermodule denkbar, beispielsweise eine kreisförmige Anordnung oder eine unsortierte Anordnung. Die Schallwandlereinheit 16 kann beispielsweise eine kapazitive mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (CMUT) oder eine piezoelektrische mikromechanische Ultraschallwandlereinheit (PMUT) sein. The sound transducer unit 16 comprises a plurality of sound transducer modules arranged next to one another in a matrix. In the specific example of FIG. 1, the sound transducer unit 16 has six sound transducer modules (1 to 6) arranged next to one another in a first direction. Furthermore, the sound converter unit 16 has further sound converter modules (not shown) arranged next to one another in a second direction, which is arranged at an angle, for example 90 °, to the first direction. Alternatively, any other arrangement forms of the plurality of sound transducer modules are also conceivable, for example a circular arrangement or an unsorted arrangement. The sound transducer unit 16 can be a capacitive, for example micromechanical ultrasonic transducer unit (CMUT) or a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer unit (PMUT).
Jedes Schallwandlermodule 1 bis 6 der Schallwandlereinheit 16 ist dazu ausgebildet, ein Schallsignal entlang eines Schallsig nalpfads in das Fluid auszusenden und in Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen. Each sound transducer module 1 to 6 of the sound transducer unit 16 is designed to emit a sound signal along a sound signal path into the fluid and to receive a sound signal in response to the sound signal emitted.
Exemplarisch sind in FIG 1 das von dem Schallwandlermodul 2 ausgesendete Schallsignal 22, das vom Schallwandlermodul 2 empfangene Schallsignal 24, das von dem Schallwandlermodul 4 ausgesendete Schallsignal 42 und das von dem Schallwandlermodul 4 empfangene Schallsignal 44 gezeigt. Der Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 2 ist mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet und der Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 4 ist mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet. 1 shows the sound signal 22 emitted by the sound transducer module 2, the sound signal 24 received by the sound transducer module 2, the sound signal 42 emitted by the sound transducer module 4 and the sound signal 44 received by the sound transducer module 4. The sound signal path of the sound transducer module 2 is designated by the reference symbol 20 and the sound signal path of the sound transducer module 4 is identified by the reference symbol 40.
Die Fluidsensorvorrichtung 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 18, mit der die Schallwandlereinheit 16 und insbesondere jedes der Schallwandlermodule 1 bis 6 entsprechend angesteuert wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit 18 die Schallwandlermodule 1 bis 6 derart ansteuern, dass ein Überlagerungsschallsignal ausgesendet und wieder empfangen wird, wobei sich das Über lagerungsschallsignal durch Überlagerung der jeweiligen The fluid sensor device 10 further comprises a control unit 18 with which the sound transducer unit 16 and in particular each of the sound transducer modules 1 to 6 are controlled accordingly. For example, the control unit 18 can control the sound transducer modules 1 to 6 in such a way that a superimposed sound signal is transmitted and received again, the superimposed sound signal being superimposed on the respective one
Schallsignale der jeweiligen Schallwandlermodule 1 bis 6 ergibt. Idealerweise steuert die Steuereinheit 18 die Schallwandler module 1 bis 6 derart an, dass sich eine (in guter Näherung) ebene Schallwelle in dem zur vermessenen Fluid ergibt bzw. von der Schallwandlereinheit 16 empfangen wird. Sound signals of the respective transducer modules 1 to 6 results. Ideally, the control unit 18 controls the sound transducer modules 1 to 6 in such a way that a (to a good approximation) flat sound wave results in the fluid to be measured or is received by the sound transducer unit 16.
Um die Schallwandlereinheit 16 akustisch mit dem Fluidbehälter 12 zu koppeln, befindet sich zwischen der Schallwandlereinheit 16 und dem Fluidbehälter 12 eine Schallkoppeleinheit 19. Die Schallkoppeleinheit 19 kann beispielsweise eine Gelschicht sein, die eine akustische Kopplung zwischen der Schallwandlereinheit 16, dem Sensorgehäuse 14 und dem Fluidbehälter 12 herstellt. Die Schallkoppeleinheit 19 kann ferner eine KlebstoffSchicht aufweisen, mit der beispielsweise die Schallwandlereinheit 16 und das Sensorgehäuse 14 an dem Fluidbehälter 12 angebracht werden können. Des Weiteren kann die Schallkoppeleinheit auch aus einem elastischen Material, zum Beispiel aus Gummi, bestehen. In order to acoustically couple the sound transducer unit 16 to the fluid container 12, there is a sound coupling unit 19 between the sound transducer unit 16 and the fluid container 12. The sound coupling unit 19 can be a gel layer, for example, which creates an acoustic coupling between the sound transducer unit 16, the sensor housing 14 and the fluid container 12. The sound coupling unit 19 can furthermore have an adhesive layer with which, for example, the sound transducer unit 16 and the sensor housing 14 can be attached to the fluid container 12. Furthermore, the sound coupling unit can also consist of an elastic material, for example rubber.
Die Steuereinheit 18, die Schallwandlereinheit 16, das Sen sorgehäuse 14, die Schallkoppeleinheit 19 und der Fluidbehälter 12 bilden eine Einheit, die nach ihrer Herstellung beispielsweise in einem Fahrzeug eingebaut wird. The control unit 18, the sound converter unit 16, the sensor housing 14, the sound coupling unit 19 and the fluid container 12 form a unit which, for example, is installed in a vehicle after its manufacture.
Selbstverständlich ist es nicht zwingend, dass jede Flu idsensorvorrichtung 10 ein Sensorgehäuse 14 aufweist. So kann die Schallwandlereinheit 16 beispielsweise direkt mit der Of course, it is not imperative that each fluid sensor device 10 has a sensor housing 14. For example, the sound converter unit 16 can be connected directly to the
Schallkoppeleinheit 19 verbunden und am Fluidbehälter 12 an gebracht sein. Sound coupling unit 19 connected and brought to the fluid container 12.
Die Schallkoppeleinheit 19 ist häufig optisch nicht zugänglich, sodass Störstellen wie Lunker oder Luftblasen in der Schall koppeleinheit 19 nicht ohne weiteres sichtbar sind. Im konkreten Beispiel von FIG 1 weist die Schallkoppeleinheit 19 eine Störstelle auf, die mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist. Die Störstelle 30 kann beispielsweise ein Lunker oder eine Luftblase in der Schallkoppeleinheit 19 sein. Die Störstelle 30 kann beispielsweise produktionsbedingt entstanden sein. Die Stör stelle 30 hat insbesondere die Eigenschaft, dass sie gegenüber der Schallkoppeleinheit 19 eine veränderte akustische Schal leigenschaft aufweist. Diese veränderte akustische Schallei genschaft führt unter anderem dazu, dass das von dem Schall wandlermodul 4 ausgesendete Schallsignal 42 von der Störstelle 30 nicht transmittiert wird, sondern im Wesentlichen an der Störstelle 30 reflektiert wird, sodass das Schallwandlermodul 4 in Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal 42 das The sound coupling unit 19 is often not optically accessible, so that imperfections such as voids or air bubbles in the sound coupling unit 19 are not readily visible. In the specific example of FIG. 1, the sound coupling unit 19 has a fault point, which is designated by the reference symbol 30. The fault point 30 can be, for example, a blow hole or an air bubble in the sound coupling unit 19. The fault point 30 may, for example, have arisen due to production. The sturgeon 30 has in particular the property that it has a changed acoustic sound property compared to the sound coupling unit 19. This changed acoustic sound properties leads, among other things, to the fact that the sound signal 42 emitted by the sound transducer module 4 is not transmitted by the fault location 30, but is essentially reflected at the fault location 30, so that the sound transducer module 4 in response to the sound signal 42 emitted
Schallsignal 44 empfängt. Da die Störstelle 30 das ausgesendete Schallsignal 42 reflektiert und im Wesentlichen nicht trans- mittiert, weist der Schallsignalpfad 40 des Schallwandlermoduls 4 folglich eine Inhomogenität in der Schalltransmission auf. Demgegenüber weist beispielsweise der Schallsignalpfad 20 keine Störstelle und damit keine Inhomogenität auf. Sound signal 44 receives. Since the interference point 30 reflects the emitted sound signal 42 and essentially does not transmit it, the sound signal path 40 of the sound transducer module 4 consequently has an inhomogeneity in the sound transmission. In contrast, the sound signal path 20, for example, has no defect and thus no inhomogeneity.
Es sei nun auf FIG 2 verwiesen, die eine schematische Ansicht des vom Schallwandlermodul 4 empfangenen Schallsignals 46 zeigt. Wie zu erkennen ist, weist das Schallsignal 46 durch die „vorzeitige" Reflexion des ausgesendeten Schallsignals 42 an der Störstelle 30 eine Laufzeit tl auf, die kleiner als eine vorbestimmte Referenzlaufzeit tmin ist. Die vorbestimmte Referenzlaufzeit tmin entspricht der Laufzeit eines Referenzschallsignals, in dessen Schallsignalpfad keine Störstelle 30 vorhanden ist. Mit anderen Worten entspricht die vorbestimmte Referenzlaufzeit tmin einer Laufzeit, die das Schallsignal des Schallwandlermoduls 4 aufweisen würde, wenn die Störstelle 30 nicht im Schallsignalpfad 40 vorhanden wäre. In diesem Fall würde das ausgesendete Schallsignal 42 also nicht an der Störstelle 30 sondern an der fluidseitigen Oberfläche des Fluidbehälters 12 reflektiert werden, wie beispielsweise im Falle des Schallwandlermoduls 2. Reference is now made to FIG. 2, which shows a schematic view of the sound signal 46 received by the sound transducer module 4. As can be seen, the sound signal 46 has, due to the "premature" reflection of the emitted sound signal 42 at the interference point 30, a transit time tl that is less than a predetermined reference transit time tmin. The predetermined reference transit time tmin corresponds to the transit time of a reference sound signal in its sound signal path there is no fault point 30. In other words, the predetermined reference running time tmin corresponds to a running time that the sound signal of the sound converter module 4 would have if the fault point 30 were not present in the sound signal path 40. In this case, the transmitted sound signal 42 would not be at the fault point 30 but are reflected on the fluid-side surface of the fluid container 12, as in the case of the sound transducer module 2, for example.
Das Vorhandensein der Störstelle 30 im Schallsignalpfad 40 des Schallwandlermoduls 4 stellt also eine Inhomogenität in der Schalltransmission dar, die dazu führt, dass das Schallsignal 46 des Schallwandlermoduls 4 eine gegenüber der vorbestimmten Referenzlaufzeit tmin verkürzte Laufzeit tl und damit einen Laufzeitunterschied At zur Referenzlaufzeit tmin aufweist. The presence of the fault point 30 in the sound signal path 40 of the sound transducer module 4 thus represents an inhomogeneity in the sound transmission, which leads to the sound signal 46 of the sound transducer module 4 having a running time tl that is shorter than the predetermined reference running time tmin and thus a running time difference At from the reference running time tmin.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Störstelle 30 nicht zwingend in der Schallkoppeleinheit 19 vorhanden sein muss. So kann es beispielsweise auch sein, dass die Störstelle 30 oder sogar weitere Störstellen im Fluidbehälter 12 oder sogar im Sensorgehäuse 14 oder auch zwischen Sensorgehäuse 14, It should be pointed out that the fault point 30 does not necessarily have to be present in the sound coupling unit 19. For example, the fault point 30 or even further defects in the fluid container 12 or even in the sensor housing 14 or between the sensor housing 14,
Schallkoppeleinheit 19 und Fluidbehälter 12 vorhanden sein können. Sofern sich diese Störstellen ebenfalls in einem der Schallsignalpfade der jeweiligen Schallwandlermodule befinden, sind auch diese Störstellen Inhomogenitäten in der Schall transmission. Das heißt, auch diese Störstellen würden zu einer „vorzeitigen" Reflexion und damit zu einem Laufzeitunterschied At gegenüber einer vorbestimmten Referenzlaufzeit tmin führen. Sound coupling unit 19 and fluid container 12 may be present. If these defects are also in one of the sound signal paths of the respective transducer modules, these defects are also inhomogeneities in the sound transmission. This means that these defects would also lead to a “premature” reflection and thus to a transit time difference At compared to a predetermined reference transit time tmin.
Es sei nun auf FIG 3 verwiesen, die die Fluidsensorvorrichtung 10 zeigt. Im Gegensatz zur Fluidsensorvorrichtung von FIG 1, weist jedoch die Schallkoppeleinheit 19 der Fluidsensorvor richtung von FIG 3 eine ungleichmäßige Dicke auf. Dies ist beispielhaft mit den Dicken dl, d2 und d3 gezeigt. Die un gleichmäßige Dicke kann beispielsweise produktionsbedingt sein. Reference is now made to FIG. 3, which shows the fluid sensor device 10. In contrast to the fluid sensor device of FIG. 1, however, the sound coupling unit 19 of the fluid sensor device of FIG. 3 has an uneven thickness. This is shown by way of example with the thicknesses d1, d2 and d3. The uneven thickness can be production-related, for example.
In FIG 3 sind die vom Schallwandlermodul 2 ausgesendeten bzw. empfangenen Schallsignale wiederum mit den Bezugszeichen 22 bzw. 24 bezeichnet und sind die vom Schallwandlermodul 4 ausgesendeten bzw. empfangenen Schallsignale mit den Bezugszeichen 42 und 44 bezeichnet. Ferner sind die zu den Schallsignalen 22, 24 bzw. 42, 44 gehörenden Schallsignalpfade wiederum mit den Bezugszeichen 20 und 40 bezeichnet. In FIG. 3, the sound signals emitted or received by the sound transducer module 2 are again identified by the reference symbols 22 and 24, and the sound signals transmitted or received by the sound transducer module 4 are identified by the reference symbols 42 and 44. Furthermore, the sound signal paths belonging to the sound signals 22, 24 and 42, 44 are again designated by the reference numerals 20 and 40.
In FIG 4 sind nun die Schallsignale der jeweiligen Schall wandlermodule 2 und 4 schematisch dargestellt. Das Schallsignal des Schallwandlermoduls 4 ist mit dem Bezugszeichen 46 bezeichnet und das Schallsignal des Schallwandlermoduls 2 ist mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet. In Figure 4, the sound signals of the respective sound transducer modules 2 and 4 are now shown schematically. The sound signal of the sound transducer module 4 is designated by the reference symbol 46 and the sound signal of the sound transducer module 2 is identified by the reference symbol 26.
Wie zu erkennen ist, weist das Schallsignal 46 des Schall wandlermoduls 4 eine Laufzeit t2 auf. Das Schallsignal 26 des Schallwandlermoduls 2 weist demgegenüber eine größere Laufzeit t3 auf, sodass sich ein Laufzeitunterschied Dt2 zwischen den beiden Schallsignalen 26, 46 ergibt. As can be seen, the sound signal 46 of the sound transducer module 4 has a running time t2. In contrast, the sound signal 26 of the sound converter module 2 has a longer running time t3, so that there is a transit time difference Dt2 between the two sound signals 26, 46.
Der Laufzeitunterschied Dt2 der beiden Schallsignale 26, 46 kommt dadurch zustande, dass die akustischen Schalleigenschaften der Schallkoppeleinheit 19 von denen des Fluidbehälters 12 ver schieden sind. Dies führt dazu, dass der Schall in der The transit time difference Dt2 of the two sound signals 26, 46 arises from the fact that the acoustic sound properties of the sound coupling unit 19 are different from those of the fluid container 12. This causes the sound in the
Schallkoppeleinheit 19 eine andere Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweist als der Schall im Fluidbehälter 12. Beispielsweise kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in der Schall koppeleinheit 19 kleiner sein als die Ausbreitungsgeschwin digkeit des Schalls in dem Fluidbehälter 12. Da die Dicke d2 der Schallkoppeleinheit 19 im Schallsignalpfad 40 des Schall wandlermoduls 4 kleiner ist, als die Dicke dl der Schallkop peleinheit 19 im Schallsignalpfad 20 des Schallwandlermoduls 2, kann sich der Schall im Schallsignalpfad 40 beispielsweise insgesamt schneller ausbreiten als der Schall im Schallsig nalpfad 20. Das führt dazu, dass das Schallsignal 46 des Schallwandlermoduls 4 zeitlich vor dem Schallsignal 26 des Schallwandlermoduls 2 auftritt. Sound coupling unit 19 has a different propagation speed than the sound in the fluid container 12. For example, the propagation speed of the sound in the sound coupling unit 19 may be lower than the speed of the sound propagation in the fluid container 12. Since the thickness d2 of the sound coupling unit 19 in the sound signal path 40 of the sound transducer module 4 is smaller than the thickness dl of the sound coupler unit 19 in the sound signal path 20 of the sound transducer module 2, the sound in the sound signal path 40 can, for example, propagate overall faster than the sound in the sound signal path 20. This leads to the sound signal 46 of the sound transducer module 4 being temporally occurs before the sound signal 26 of the sound converter module 2.
Die unterschiedliche Dicke der Schallkoppeleinheit entlang der Schallsignalpfade 20 und 40 führt auch dazu, dass beispielsweise das ausgesendete Schallsignal 42 „frühzeitiger", d. h. zeitlich vor dem Schallsignal 22, in das Fluid eintreten würde. Das hat zur Folge, dass bei einer Überlagerung der von den Schall wandlermodulen 2 und 4 ausgesendeten Schallsignale 22, 42 keine ebene sondern eine verformte Schallwelle im Fluid vorhanden wäre. Diese verformte Schallwelle würde dann durch Reflexion an der Grenzschicht zwischen Fluid und dem darüberliegenden Medium, ebenfalls als verformtes Überlagerungsschallsignal von der Schallwandlereinheit 16 empfangen werden. Die unterschiedlichen Laufzeiten t2, t3 der Schallsignale 46, 26 haben also zur Folge, dass das von der Schallwandlereinheit 16 empfangene und überlagerte Schallsignal zeitlich verformt ist, was die Ge nauigkeit der Messung beeinträchtigt und im schlimmsten Fall zu einer unbrauchbaren Messung führt. The different thickness of the sound coupling unit along the sound signal paths 20 and 40 also means that, for example, the sound signal 42 emitted would enter the fluid "earlier", ie earlier than the sound signal 22 Sound transducer modules 2 and 4 would emit a flat but a deformed sound wave in the fluid, and this deformed sound wave would then also be received by the sound transducer unit 16 as a deformed superimposed sound signal by reflection at the boundary layer between the fluid and the medium above it Different transit times t2, t3 of the sound signals 46, 26 therefore have the consequence that the signal received by the sound converter unit 16 and superimposed sound signal is deformed in time, which affects the accuracy of the measurement and, in the worst case, leads to an unusable measurement.
Da die ungleichmäßige Dicke der Schallkoppeleinheit 19 zu einem Laufzeitunterschied der jeweiligen Schallsignale führt, kann die ungleichmäßige Dicke der Schallkoppeleinheit ebenfalls als Inhomogenität in der Schalltransmission bezeichnet werden. Since the uneven thickness of the sound coupling unit 19 leads to a difference in the transit time of the respective sound signals, the uneven thickness of the sound coupling unit can also be referred to as inhomogeneity in the sound transmission.
Es sei wiederum darauf hingewiesen, dass auch eine ungleichmäßige Dicke des Fluidbehälters 12 zu einem Laufzeitunterschied der jeweiligen Schallsignale führen kann. Denn auch dort braucht das Schallsignal beim Durchlaufen des Fluidbehälters 12 an einer dicken Stelle mehr Zeit als das Schallsignal beim Durchlaufen des Fluidbehälters 12 an einer dünnen Stelle. Insofern kann auch eine ungleichmäßige Dicke des Fluidbehälters 12 als Inhomogenität, insbesondere als Inhomogenität in der Schalltransmission, bezeichnet werden. Gleiches gilt im Übrigen auch für das Sensorgehäuse 14. Auch dort würde eine ungleichmäßige Dicke zu Laufzeitunterschieden führen. Again, it should be pointed out that an uneven thickness of the fluid container 12 can also lead to a difference in the transit time of the respective sound signals. Because there too, the sound signal when passing through the fluid container 12 at a thick point takes more time than the sound signal when passing through the fluid container 12 at a thin point. In this respect, an uneven thickness of the fluid container 12 can also be referred to as inhomogeneity, in particular as inhomogeneity in the sound transmission. The same also applies to the sensor housing 14. Even there, an uneven thickness would lead to differences in runtime.
Zusammenfassend lässt sich also festhalten, dass durch das Vorhandensein einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppe leinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 (und/oder ggf. auch Sensorgehäuse 14) eine Inhomogenität in der Schalltransmission vorliegt, die zu unterschiedlichen Laufzeiten der jeweiligen Schallsignale führen kann. In summary, it can be stated that the presence of an uneven thickness of the sound coupling unit 19 and / or fluid container 12 (and / or possibly also the sensor housing 14) results in an inhomogeneity in the sound transmission, which can lead to different running times of the respective sound signals.
Es sei nun auf FIG 5 verwiesen, in der eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt ist, mit dem eine Inho mogenität in der Form einer Störstelle (wie beispielsweise Störstelle 30 in FIG 1) kompensiert werden kann. Das Verfahren beginnt mit dem Start bei Schritt 500. Danach folgt der Schritt 502, bei dem jedes der Schallwandlermodule (bei spielsweise Schallwandlermodule 1 bis 6 von FIG 1) derart angesteuert wird, dass dieses jeweils ein Schallsignal entlang des jeweiligen Schallsignalpfads durch das Sensorgehäuse 14, die Schallkoppeleinheit 19 und den Fluidbehälter 12 in das Fluid aussendet. Dies ist in FIG 1 exemplarisch durch die Schallsignale 22 und 42 entlang der Schallsignalpfade 20 und 40 angedeutet. Reference is now made to FIG. 5, in which an embodiment of a method according to the invention is shown, with which an inhomogeneity in the form of an impurity (such as impurity 30 in FIG. 1) can be compensated. The method begins with the start at step 500. This is followed by step 502, in which each of the sound transducer modules (for example sound transducer modules 1 to 6 from FIG. 1) is controlled in such a way that each of these has a sound signal along the respective sound signal path through the sensor housing 14. the sound coupling unit 19 and the fluid container 12 emits into the fluid. This is indicated in FIG. 1 by way of example by the sound signals 22 and 42 along the sound signal paths 20 and 40.
Im nächsten Schritt 504 empfängt jedes der Schallwandlermodule ein Schallsignal in Erwiderung auf das vom jeweiligen In the next step 504, each of the transducer modules receives a sound signal in response to that from the respective one
Schallwandlermodul ausgesendeten Schallsignals. Dies ist in FIG 1 exemplarisch durch die Schallsignale 24 und 44 angedeutet. Sound transducer module emitted sound signal. This is indicated as an example in FIG. 1 by the sound signals 24 and 44.
Im nächsten Schritt 506 wird zumindest eines der empfangenen Schallsignale, beispielsweise das Schallsignal 46 des In the next step 506, at least one of the received sound signals, for example the sound signal 46 of the
Schallwandlermoduls 4, dahingehend ausgewertet, ob im Sound converter module 4, evaluated whether in
Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine In homogenität in der Schallkoppeleinheit 19 und/oder im Fluid behälter 12 in der Form einer Störstelle, wie beispielsweise in der Form der Störstelle 30, vorhanden ist. Dazu wird in einem Schritt 508 eine Laufzeit tl des zumindest einen Schallsignals 46 ermittelt. Anschließend wird im Schritt 510 die ermittelte Laufzeit tl mit einer vorbestimmten Referenzlaufzeit tmin verglichen. Schließlich wird in einem Schritt 512 festgestellt, dass eine Inhomogenität in der Form der Störstelle 30 in dem Schallsignalpfad 40 des Schallwandlermoduls 4 vorhanden ist, dadurch, dass die ermittelte Laufzeit tl mindestens um einen vorbestimmten Laufzeitschwellenwert Atmin kleiner als die vorbestimmte Referenzlaufzeit tmin ist. Der vorbestimmte Laufzeitschwellenwert Atmin dient dazu, sicherzustellen, dass lediglich geringfügige Laufzeitunterschiede zwischen der er mittelten Laufzeit tl des Schallsignals 46 und der vorbestimmten Referenzlaufzeit tmin nicht als Inhomogenität in der Form einer Störstelle interpretiert werden. Sound signal path of the respective sound transducer module in homogeneity in the sound coupling unit 19 and / or in the fluid container 12 in the form of a fault, such as in the form of the fault 30, is present. For this purpose, a transit time tl of the at least one sound signal 46 is determined in a step 508. Then, in step 510, the determined transit time t1 is compared with a predetermined reference transit time tmin. Finally, it is determined in a step 512 that there is an inhomogeneity in the form of the defect 30 in the sound signal path 40 of the sound transducer module 4, in that the determined running time tl is at least a predetermined running time threshold value Atmin less than the predetermined reference running time tmin. The predetermined transit time threshold value Atmin serves to ensure that only slight transit time differences between the determined transit time t 1 of the sound signal 46 and the predetermined one Reference runtime tmin cannot be interpreted as an inhomogeneity in the form of an impurity.
Wenn im Schritt 512 festgestellt wurde, dass eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle in dem Schallsignalpfad vorhanden ist, geht das Verfahren zum Schritt 514, bei dem die Schall wandlereinheit 16 derart angesteuert wird, dass die im If it has been determined in step 512 that there is an inhomogeneity in the form of an impurity in the sound signal path, the method goes to step 514, in which the sound converter unit 16 is controlled in such a way that the in
Schallsignalpfad vorhandene Inhomogenität kompensiert wird. Beispielsweise steuert im Schritt 514 die Steuereinheit 18 die Schallwandlereinheit 16 derart an, dass nur noch die Schall- wandlermodule 1 bis 3, 5 und 6 Schallsignale in das Fluid aussenden, wohingegen das Schallwandlermodul 4, in dessen Schallsignalpfad 40 sich die Störstelle 30 befindet, nicht angesteuert wird. Die Steuereinheit 18 steuert also nur die jenigen Schallwandlermodule der Schallwandlereinheit 16 an, deren Schallsignalpfade frei von Störstellen sind. Das Verfahren endet schließlich bei Schritt 516. Sound signal path existing inhomogeneity is compensated. For example, in step 514, the control unit 18 controls the sound converter unit 16 in such a way that only the sound converter modules 1 to 3, 5 and 6 emit sound signals into the fluid, whereas the sound converter module 4, in whose sound signal path 40 the fault point 30 is located, does not is controlled. The control unit 18 thus only controls those sound transducer modules of the sound transducer unit 16 whose sound signal paths are free from defects. The method finally ends at step 516.
Es sei nun auf FIG 6 verwiesen, in der eine weitere Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt ist, mit dem eine Inhomogenität in der Form einer unterschiedlichen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter (siehe FIG 3) kompensiert wird. Reference is now made to FIG. 6, in which a further embodiment of the method according to the invention is shown, with which an inhomogeneity in the form of a different thickness of the sound coupling unit and / or fluid container (see FIG. 3) is compensated.
Das Verfahren startet wiederum beim Schritt 600. Danach folgt Schritt 602, bei dem jedes der Schallwandlermodule (bei spielsweise Schallwandlermodule 1 bis 6 von FIG 1) derart angesteuert wird, dass jedes der Schallwandlermodule jeweils ein Schallsignal entlang eines jeweiligen Schallsignalpfads durch das Sensorgehäuse 14, die Schallkoppeleinheit 19 und den Fluidbehälter 12 in das Fluid aussendet. Dies ist in FIG 3 exemplarisch durch die Schallsignale 22 und 42 entlang der Schallsignalpfade 20 und 40 angedeutet. Im nächsten Schritt 604 empfängt jedes der Schallwandlermodule ein Schallsignal in Erwiderung auf das vom jeweiligen The method starts again at step 600. This is followed by step 602, in which each of the sound transducer modules (for example sound transducer modules 1 to 6 of FIG. 1) is controlled in such a way that each of the sound transducer modules has a sound signal along a respective sound signal path through the sensor housing 14 Sound coupling unit 19 and the fluid container 12 emits into the fluid. This is indicated in FIG. 3 by way of example by the sound signals 22 and 42 along the sound signal paths 20 and 40. In the next step 604, each of the transducer modules receives a sound signal in response to that of the respective one
Schallwandlermodul ausgesendeten Schallsignals. Dies ist in FIG 3 exemplarisch durch die Schallsignale 24 und 44 angedeutet. Sound transducer module emitted sound signal. This is indicated as an example in FIG. 3 by the sound signals 24 and 44.
Im nächsten Schritt 606 werden zumindest zwei der empfangenen Schallsignale dahingehend ausgewertet, ob im Schallsignalpfad des jeweiligen Schallwandlermoduls eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 vorhanden ist. Dazu wird im Schritt 608 beispielsweise eine erste Laufzeit t2 des Schallsignals 46 vom Schallwandlermodul 4 ermittelt. Dann wird im Schritt 610 beispielsweise eine zweite Laufzeit t3 des Schallsignals 26 vom Schallwandlermodul 2 ermittelt. Anschließend wird im Schritt 612 ein Laufzeitunterschied Dt2 zwischen der ersten Laufzeit t2 des Schallsignals 46 und der zweiten Laufzeit t3 des Schallsignals 26 ermittelt. Im Schritt 614 wird dann festgestellt, dass eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 vorhanden ist, dadurch, dass der ermittelte Laufzeitunterschied Dt2 größer als ein vorbestimmter Laufzeitunterschiedsschwellenwert Ltmin2 ist. Der vorbestimmte Laufzeitunterschiedsschwellenwert Ltmin2 dient dazu, sicherzustellen, dass geringfügige Laufzeitunterschiede nicht als Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke interpretiert werden. In the next step 606, at least two of the received sound signals are evaluated to determine whether there is an inhomogeneity in the form of an uneven thickness of sound coupling unit 19 and / or fluid container 12 in the sound signal path of the respective sound transducer module. For this purpose, a first transit time t2 of the sound signal 46 is determined by the sound converter module 4 in step 608. Then, in step 610, for example, a second transit time t3 of the sound signal 26 is determined by the sound converter module 2. Then, in step 612, a transit time difference Dt2 between the first transit time t2 of the sound signal 46 and the second transit time t3 of the sound signal 26 is determined. In step 614 it is then determined that there is an inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit 19 and / or fluid container 12, in that the determined transit time difference Dt2 is greater than a predetermined transit time difference threshold value Ltmin2. The predetermined transit time difference threshold value Ltmin2 serves to ensure that minor transit time differences are not interpreted as inhomogeneity in the form of an uneven thickness.
Wenn im Schritt 614 festgestellt wurde, dass eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 vorhanden ist, geht das Verfahren zum Schritt 616 über, bei dem die Schallwandlereinheit 16 derart angesteuert wird, dass die vorhandene Inhomogenität kompensiert wird. Dies erfolgt dadurch, dass die Steuereinheit 18 die einzelnen Schallwandlermodule im Schritt 616 derart zeitlich verschoben ansteuert, dass der ermittelte Laufzeitunterschied berücksichtigt wird. Im konkreten Fall führt die Steuereinheit 18 also eine zeitlich verzögerte Ansteuerung des Schallwand lermoduls 4 im Vergleich zur Ansteuerung des Schallwandlermoduls 2 durch. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Steuereinheit 18 eine zeitlich vorverschobene Ansteuerung des Schallwandlermoduls 2 gegenüber der Ansteuerung des Schall wandlermoduls 4 vornimmt. In jedem Fall wird die Steuereinheit 18 die Schallwandlermodule 2 und 4 derart anzusteuern, dass der ermittelte Laufzeitunterschied At berücksichtigt wird, sodass eine ebene Schallwelle im Fluid erzeugt bzw. von der Schall wandlereinheit 16 empfangen werden kann. Das Verfahren endet schließlich mit dem Schritt 618. If it was determined in step 614 that there is an inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit 19 and / or fluid container 12, the method proceeds to step 616, in which the sound transducer unit 16 is controlled in such a way that the existing inhomogeneity is compensated for . This is done in that the control unit 18 controls the individual sound transducer modules with a time shift in step 616 in such a way that the determined transit time difference is taken into account. In the specific case, the control unit 18 therefore carries out a delayed activation of the baffle module 4 in comparison to the activation of the baffle module 2. Of course, it is also possible for the control unit 18 to actuate the sound transducer module 2 with a shift in time compared to the actuation of the sound transducer module 4. In any case, the control unit 18 will control the sound transducer modules 2 and 4 in such a way that the determined transit time difference At is taken into account, so that a flat sound wave is generated in the fluid or can be received by the sound transducer unit 16. The method finally ends with step 618.
An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, dass die beiden Verfahren nach FIGs 5 und 6 selbstverständlich auch kombiniert durchgeführt werden können. So ist es beispielsweise denkbar, dass zunächst das Verfahren nach FIG 5 durchgeführt wird, sodass Inhomoge nitäten in der Form von Störstellen berücksichtigt werden, und anschließend das Verfahren nach FIG 6 durchgeführt wird, sodass Inhomogenitäten in der Form von einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit 19 und/oder Fluidbehälter 12 kompensiert werden . At this point it should be mentioned again that the two methods according to FIGS. 5 and 6 can of course also be carried out in combination. For example, it is conceivable that first the method according to FIG. 5 is carried out, so that inhomogeneities in the form of defects are taken into account, and then the method according to FIG. 6 is carried out, so that inhomogeneities in the form of an uneven thickness of sound coupling unit 19 and / or fluid container 12 can be compensated.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass bei einer fest gestellten Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter, nur diejenigen Schallwandlermodule angesteuert werden, in deren Schallsig nalpfaden eine vergleichbare Dicke von Schallkoppeleinheit und/oder Fluidbehälter vorhanden ist. Wenn beispielsweise im Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 1 die Schallkoppe leinheit 19 eine Dicke dl hätte, im Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 2 die Schallkoppeleinheit 19 eine Dicke d2 hätte und im Schallsignalpfad des Schallwandlermoduls 3 die Schallkoppeleinheit 19 eine Dicke dl hätte, dann könnte die Steuereinheit 18 beispielsweise nur die Schallwandlermodule 1 und 3 ansteuern, da diese eine vergleichbare Dicke aufweisen. In diesem Fall würde die Steuereinheit 18 das Schallwandlermodul 2 nicht ansteuern, sodass dieses kein Schallsignal in das Fluid aussendet . Of course, it is also possible that in the case of a determined inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit and / or fluid container, only those transducer modules are controlled in whose sound signal paths a comparable thickness of the sound coupling unit and / or fluid container is present. For example, if in the sound signal path of the sound transducer module 1 the sound coupling unit 19 had a thickness d1, in the sound signal path of the sound transducer module 2 the sound coupling unit 19 had a thickness d2 and in the sound signal path of the sound transducer module 3 the sound coupling unit 19 had a thickness dl, then that could Control unit 18, for example, only control sound transducer modules 1 and 3, since these have a comparable thickness. In this case, the control unit 18 would not control the sound transducer module 2, so that it does not emit a sound signal into the fluid.
Ferner können die Schallwandlermodule 1 bis 6 auch selektiv angesteuert werden. Das heißt, es müssen nicht alle Schall wandlermodule 1 bis 6 angesteuert werden, sondern nur ein Teil der Schallwandlermodule 1 bis 6. Beispielsweise könnten nur diejenigen Schallwandlermodule angesteuert werden, in deren Schallsignalpfaden eine Inhomogenität vermutet wird. Furthermore, the transducer modules 1 to 6 can also be controlled selectively. This means that it is not necessary to control all of the sound converter modules 1 to 6, but only part of the sound converter modules 1 to 6. For example, only those sound converter modules could be controlled in whose sound signal paths an inhomogeneity is suspected.
Schließlich sei noch angemerkt, dass jedes der Schallwand lermodule selbst wiederum aus einer Gruppe von Schallwandlern bestehen kann, die ihrerseits wiederum matrixförmig angeordnet und jeweils durch die Steuereinheit 18 ansteuerbar sind. Dadurch wird eine höhere räumliche Auflösung bezüglich der Feststellung von Inhomogenitäten in der Schallkoppeleinheit 19 und/oder im Fluidbehälter 12 (und/oder ggf. in dem Sensorgehäuse 14) er reicht, sodass die Zuverlässigkeit beim Betrieb der Flu idsensorvorrichtung weiter verbessert werden kann. Finally, it should also be noted that each of the baffle module itself can in turn consist of a group of baffles, which in turn are arranged in a matrix and can each be controlled by the control unit 18. As a result, a higher spatial resolution with regard to the detection of inhomogeneities in the sound coupling unit 19 and / or in the fluid container 12 (and / or possibly in the sensor housing 14) is sufficient, so that the reliability during operation of the fluid sensor device can be further improved.
Im Rahmen dieser Offenbarung bezeichnet der Begriff „Lauf- zeitunterschied" den betragsmäßigen Laufzeitunterschied. In the context of this disclosure, the term “runtime difference” denotes the difference in runtime amount.
Obwohl die Schallwandlereinheit 16 in Zusammenhang mit FIGs 1 bis 6 mit 6 Schallwandlermodulen 1-6 in der ersten Richtung be schrieben ist, kann die Schallwandlereinheit 16 selbstver ständlich auch mehr oder weniger als 6 Schallwandlermodule in der ersten Richtung aufweisen. Ebenso kann die Schallwandlereinheit 16 eine beliebige Anzahl von Schallwandlermodulen in der zweiten Richtung aufweisen, die nicht notwendigerweise der Anzahl in der ersten Richtung entsprechen muss. Although the transducer unit 16 is described in connection with FIGS. 1 to 6 with 6 transducer modules 1-6 in the first direction, the transducer unit 16 can of course also have more or less than 6 transducer modules in the first direction. Likewise, the sound converter unit 16 can have any number of sound converter modules in the second direction, which does not necessarily have to correspond to the number in the first direction.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvor richtung (10) zum Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluid in einem Fluidbehälter (12), wobei die Flu idsensorvorrichtung (10) eine Schallwandlereinheit (16) mit mehreren Schallwandlermodulen (1-6) und eine zwischen der Schallwandlereinheit (16) und dem Fluidbehälter (12) angeordnete Schallkoppeleinheit (19) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Schallwandlereinheit (16) akustisch an den Fluidbehälter (12) zu koppeln, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: 1. A method for operating a fluid sensor device (10) for determining the level and / or the quality of a fluid in a fluid container (12), wherein the fluid sensor device (10) is a sound transducer unit (16) with a plurality of sound transducer modules (1-6) and has a sound coupling unit (19) arranged between the sound transducer unit (16) and the fluid container (12), which is designed to acoustically couple the sound transducer unit (16) to the fluid container (12), the method comprising the following steps:
- Ansteuern jedes der Schallwandlermodule (1-6) derart, dass diese jeweils ein Schallsignal entlang eines jeweiligen Schallsignalpfads (20, 40) durch die Schallkoppeleinheit (19) und den Fluidbehälter (12) in das Fluid aussenden,  - Controlling each of the sound transducer modules (1-6) in such a way that they each send a sound signal along a respective sound signal path (20, 40) through the sound coupling unit (19) and the fluid container (12) into the fluid,
- Empfangen eines Schallsignals in Erwiderung auf das vom jeweiligen Schallwandlermodul (1-6) ausgesendeten  - Receiving a sound signal in response to that emitted by the respective sound transducer module (1-6)
SchallSignals , Sound signals,
- Auswerten von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad (20, 40) des jeweiligen Schallwandlermoduls (1-6) eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit (19) und/oder im Fluidbehälter (12) vor handen ist, und  - Evaluating at least one of the received sound signals to determine whether there is an inhomogeneity in the sound coupling unit (19) and / or in the fluid container (12) in the sound signal path (20, 40) of the respective sound transducer module, and
- Ansteuern der Schallwandlereinheit (19) derart, dass beim Bestimmen des Füllstands und/oder der Qualität des Fluids die in dem Schallsignalpfad (20, 40) vorhandene Inhomogenität kompensiert wird.  - Controlling the sound transducer unit (19) in such a way that the inhomogeneity present in the sound signal path (20, 40) is compensated for when determining the fill level and / or the quality of the fluid.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswerten von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad (20, 40) des jeweiligen Schallwand lermoduls (2, 4) eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit (19) und/oder im Fluidbehälter (12) vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte aufweist: - Ermitteln einer Laufzeit (tl) des zumindest einen Schallsignals (46), 2. The method according to claim 1, wherein the evaluation of at least one of the received sound signals to determine whether in the sound signal path (20, 40) of the respective sound transducer module (2, 4) an inhomogeneity in the sound coupling unit (19) and / or in the fluid container (12 ) is present, further comprises the following steps: - determining a transit time (tl) of the at least one sound signal (46),
- Vergleichen der ermittelten Laufzeit (tl) mit einer vorbestimmten Referenzlaufzeit (tmin) eines Refe renzschallsignals und  - Comparing the determined transit time (tl) with a predetermined reference transit time (tmin) of a reference sound signal and
- Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form einer Störstelle (30) in dem Schallsignalpfad (40) vor handen ist, dadurch, dass die ermittelte Laufzeit (tl) um zumindest einen vorbestimmten Laufzeitschwel lenwert (Atmin) kleiner als die vorbestimmte Refe renzlaufzeit (tmin) ist.  - Determine that there is an inhomogeneity in the form of an impurity (30) in the sound signal path (40) by the fact that the determined transit time (tl) is at least a predetermined transit time threshold (Atmin) less than the predetermined reference term (tmin ) is.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , wobei die vorbestimmte3. The method of claim 2, wherein the predetermined
Referenzlaufzeit (tmin) einer Laufzeit entspricht, die das Referenzschallsignal benötigt, wenn der jeweilige Schallsig nalpfad (40) frei von Störstellen ist. Reference runtime (tmin) corresponds to a runtime that the reference sound signal requires if the respective sound signal path (40) is free of defects.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei das Auswerten von zumindest einem der empfangenen Schallsignale dahingehend, ob im Schallsignalpfad (20, 40) des jeweiligen Schallwandlermoduls (2, 4) eine Inhomogenität in der Schallkoppeleinheit ( 19 und/oder im Fluidbehälter (12) vorhanden ist, ferner die folgenden Schritte aufweist: 4. The method according to one of the preceding claims, wherein the evaluation of at least one of the received sound signals as to whether an inhomogeneity in the sound coupling unit (19 and / or in the fluid container () in the sound signal path (20, 40) of the respective sound transducer module (2, 4) 12) is present, further comprising the following steps:
- Ermitteln einer ersten Laufzeit (t2) eines von einem der mehreren Schallwandlermodule ausgesendeten Schallsignals (46) ,  - Determining a first transit time (t2) of a sound signal (46) emitted by one of the several sound transducer modules,
- Ermitteln einer zweiten Laufzeit (t3) eines von einem anderen der mehreren Schallwandlermodule ausgesendeten  - Determining a second transit time (t3) one sent out by another of the several sound transducer modules
Schallsignals (26), Sound signal (26),
- Ermitteln eines Laufzeitunterschieds (At2) zwischen der ersten Laufzeit (t2) und der zweiten Laufzeit (t3) , und  - Determining a runtime difference (At2) between the first runtime (t2) and the second runtime (t3), and
- Feststellen, dass eine Inhomogenität in der Form einer ungleichmäßigen Dicke der Schallkoppeleinheit (19) und/oder des Fluidbehälters (12) vorhanden ist, dadurch, dass der ermittelte Laufzeitunterschied (At2) größer als ein vorbestimmter Lauf- zeitunterschiedsschwellenwert (Atmin2) ist. - Determine that there is an inhomogeneity in the form of an uneven thickness of the sound coupling unit (19) and / or of the fluid container (12), in that the determined Running time difference (At2) is greater than a predetermined running time difference threshold value (Atmin2).
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ansteuern der Schallwandlereinheit (16) derart, dass die in dem 5. The method of claim 4, wherein the control of the sound transducer unit (16) such that the in the
Schallsignalpfad (20, 40) vorhandene Inhomogenität kompensiert wird, ferner den Schritt aufweist: Sound signal path (20, 40) existing inhomogeneity is compensated, further comprising the step:
- zeitlich verschobenes Ansteuern der Schallwandler- module (2, 4) derart, dass der ermittelte Laufzeitunterschied (At2) berücksichtigt wird und eine ebene Schallwelle im Fluid erzeugt wird.  - Delayed activation of the sound converter modules (2, 4) in such a way that the determined transit time difference (At2) is taken into account and a flat sound wave is generated in the fluid.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei das Ansteuern der Schallwandlereinheit (16) derart, dass die in dem Schallsignalpfad (20, 40) vorhandene Inhomogenität kompensiert wird, ferner den Schritt aufweist: 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the control of the sound transducer unit (16) such that the inhomogeneity present in the sound signal path (20, 40) is compensated, further comprises the step:
- Ansteuern nur derjenigen Schallwandlermodule der Schallwandlereinheit (16), deren Schallsignalpfade frei von Inhomogenitäten sind.  - Activate only those transducer modules of the transducer unit (16) whose sound signal paths are free of inhomogeneities.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei das Ansteuern der Schallwandlermodule (1-6) selektiv erfolgt. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the control of the transducer modules (1-6) takes place selectively.
8. Fluidsensorvorrichtung (10) zum Bestimmen des8. Fluid sensor device (10) for determining the
Füllstands und/oder der Qualität eines Fluid in einem Fluid behälter (12), mit: Level and / or the quality of a fluid in a fluid container (12), with:
- einer Schallwandlereinheit (16), die mehrere Schallwandlermodule (1-6) aufweist, wobei jedes Schallwand lermodul (1-6) dazu ausgebildet ist, ein Schallsignal entlang eines Schallsignalpfads (20, 40) in das Fluid auszusenden und in Erwiderung auf das ausgesendete Schallsignal ein Schallsignal zu empfangen, - einer zwischen der Schallwandlereinheit (16) und dem Fluidbehälter (12) angeordnete Schallkoppeleinheit (19), die dazu ausgebildet ist, die Schallwandlereinheit (16) akustisch an den Fluidbehälter (12) zu koppeln, und - A sound transducer unit (16) having a plurality of sound transducer modules (1-6), wherein each sound transducer module (1-6) is designed to emit a sound signal along a sound signal path (20, 40) in the fluid and in response to the emitted Sound signal to receive a sound signal - A between the sound transducer unit (16) and the fluid container (12) arranged sound coupling unit (19), which is designed to acoustically couple the sound transducer unit (16) to the fluid container (12), and
- einer Steuereinheit (18) zum Ansteuern der Schall wandlereinheit (16), wobei die Steuereinheit (18) dazu aus gebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen .  - A control unit (18) for controlling the sound transducer unit (16), the control unit (18) being designed to carry out the method according to one of claims 1 to 7.
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